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二、信息:一切事究竟坚固

1.细胞,信息最好的容器

如果想穿越时光的长河留下印记,什么是最好的方式呢?

“十年不见老仙翁,壁上龙蛇飞动。”十年的时光,墙壁上的墨迹可能宛然犹在。

“百年老屋,尘泥渗漉,雨泽下注。”百年的老房子已经破败不堪了,尘土污泥浸着水迹,如果一下雨,就涌流如注。

“千年石上古人踪,万丈岩前一点空。”千年的石头上古人的踪迹更加难以辨识,空空如也。哪怕是刻在石头上的文字也难耐时光消磨。秦代石鼓文是中国最早的石刻,但经历雨淋日晒,难免有笔画缺失,甚至到了唐代辨认就成了问题。韩愈写过《石鼓歌》,提到石鼓文经历“雨淋日炙野火燎”,以致“年深岂免有缺画”。

“节物风光不相待,桑田碧海须臾改。”万年、百万年、亿年则几乎足以冲刷任何痕迹。美国拉什莫尔山上的总统雕像由花岗岩雕成,每万年风化损失2.54cm厚度,考虑到每个雕像的鼻子有609cm高,经过240万年,总统像将面目模糊,不可复认。喜马拉雅山脉曾是一片汪洋,然而,约3000万年前,印度板块和亚欧板块撞击,世界上最高大雄伟的山脉拔地而起。顽石会风化,山海也可移动,那么,什么样的记忆会长存呢?

很显然,在漫长的地质过程中,无机世界并未留下什么痕迹。然而,以细胞为基础的生命一经诞生,就从未中断。细胞已经在地球上存在了约35亿年,经历了无数灾难,如太空星体撞击地球、冰河期等,并发展成五彩斑斓的生命世界。我们可以通过细胞中的结构、DNA的组成了解地质史上发生过的重大事件,如氧气的增加等。细胞不仅在时光长河中留下印记,还在塑造着世界。岁月不饶细胞,细胞亦未曾饶过岁月,细胞记忆能长存。

时光长河中的印记,就是信息。细胞是地球上记录信息的最好方式。

2.信息的自我读取

如何读取信息是最大的问题。1977年9月5日,美国国家航空航天局发射了“旅行者1号”探测器,致力于探索太阳系以外的宇宙。截至2023年8月,“旅行者1号”距离地球已达240亿km,是地球上发射的航行最远的人造物品。除动力、通信系统和一系列科学设备之外,“旅行者1号”还携带了一张黄金唱片。这张黄金唱片上刻有116张照片和各种声音,包括自然声响如动物叫声、各种文化的音乐声、来自59种语言的问候声,以及时任美国总统吉米·卡特、时任联合国秘书长库尔特·瓦尔德海姆的简短问候。中国音乐入选的是管平湖先生的古琴曲《流水》。给“旅行者1号”携带唱片的目的是希望黄金唱片中的信息能被其他智慧生命读取。然而,这些信息对不具有读取能力的个体而言就如同死物。

以细胞为基础的生命体最大的特点,不仅是携带了信息,而且可以自我读取携带的信息。早在1855年,在德国维尔茨堡大学任教的 魏尔肖 就提出了“一切细胞来自细胞”的著名论断。这个论断最深刻之处在于,细胞仅仅携带信息是不够的,还要能够同时读取信息。否则,现在的一个手机的存储能力都足以容纳哪怕是最大的 基因组 ,细胞来自细胞的重要性又是什么呢?病毒不具有同细胞相当的地位,同样因为它们无法自我读取,病毒中携带的信息只有在细胞中才能复苏并产生影响。信息自我读取是细胞最重要的特征。

细胞的信息读取能力如此之强,以至于进化上相距极远的两个物种的细胞常常可以读取彼此的信息。现在的遗传信息操作技术可以将大肠杆菌的遗传物质转移到人类细胞里面,或者反过来,这些异种的信息可以互相读取。

信息读取是非常重要的,所以在进化上需要保持一致。或者说,信息读取方式的稳定性可能比信息本身还要重要。信息是不断发展的,如果读取的方式不稳定,那么信息的增加和复杂化也就没有了意义,所以即使经过了亿万年,细胞中信息的读取方式很少发生大的变化。

3.复杂信息的储存和读取不可兼得

信息的储存和读取是可以用同一个载体的。在地球最初的时期,信息非常简单,储存和读取可以由单一载体实现。这就像一个氯化钠分子的状态指导另一个氯化钠分子同自己结合,最终形成大的晶体。但随着信息的进一步发展,信息变得复杂,储存和读取无法由同一载体实现。

4.细胞信息的核心

那么,从进化尺度上看,细胞中到底有些什么信息呢?一个矛盾的答案是,本质上,细胞中蕴藏的信息就是如何被读取。就像一本日记,记录的唯一信息是如何阅读日记自身。病毒作为最简单的遗传信息载体,其中记录的就是病毒自身如何感染、传播、复制等。细胞中包含了更多的信息,但无非是如何更好地读取并传递信息。

35亿年,细胞就携带了两件东西,一件是可以传递到永远的遗传信息,另一件是只能私相授受的细胞组分。只有这两者组合,生命才能延续到今天,并走向看不到边际的未来。细胞是大自然创造的承载信息的最坚固的容器。

然而,信息在细胞中的流转不是免费的,需要支付费用,而这费用,就是能量。

词汇表

美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA): 美国联邦政府下辖的一个独立机构,负责民用太空计划、航空学研究和太空研究,成立于1958年。

旅行者1号(Voyager 1): 是由NASA于1977年9月5日发射的一个太空探测器,作为旅行者计划的一部分,用于研究外太阳系以及太阳风层之外的星际空间。需要说明的是,旅行者1号虽然称为1号,但比旅行者2号晚16天发射。 ycRz/biyTFuJrh/DbVicHr3gStUzDjQjKSSy6uPpvnwrau8vM017CsLO77CV5SeC

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