細思極恐！從計算機編程到基因表達

有位教授說，21世紀是計算機科學與生命科學的世紀。

計算機科學拓展了生命的寬度而生命科學延長了生命的長度。

我作為一個將會以計算機科學為專業，而正在選修生命科學的學生，我意識到：兩者作為看似互相沒有交集的學科在處理問題的世界觀和方法論中有著異曲同工之妙， 展示科學之美的同時，甚至有點讓人細思極恐！

很多接觸過計算機的同學可能都知道，計算機需要編程。所有cpu都擁有一個指令集合。當輸入這些以0和1組成的指令集合後，cpu會對接收到的低電平和高電平信號通過控制電路進行處理，從而執行相應的功能。我們因此可以把這些想要cpu運行的指令放在一個稱為內存的地方，這樣cpu才能通過匯流排得到這些數據。然而對於人來說，直接用0和1進行編程過於複雜，因此我們發明了一種稱為彙編指令的編程語言(C,C++,Java等都在其之上)。彙編語言是「抽象化」思想的產物，它十分地接近於自然語言，用到的「關鍵字」諸如MOV，ADD，INC等等。每一條指令都唯一對應一條兩個位元組或者三個位元組的二進位編碼。

大家有沒有注意到，計算機對0和1的處理過程和生物學中基因表達為蛋白質的過程極為相似。生命在某種意義上也是編程的產物。我們位於細胞中的細胞核中的染色體中的DNA也是由以包含A、T、C、G的核苷酸組成的「指令集合」拼湊而成的。換一種視角來看，DNA本質上也是一個內存條，裡面暫時存放著將要處理的基因編碼。也就說暫時是因為它只有在被生物體利用時，由四種鹼基構成的基因經轉錄和翻譯才會被表達成相應的蛋白質。這就好比是cpu處理內存條中的指令一樣，內存條中的指令在沒有處理之前和數據沒有任何區別。蛋白質合成中的模板-mRNA中，每三個鹼基對應某一種具體的氨基酸亦或者是相應開始和結束的指令，它和計算機一樣具有「抽象化」的思想，諸如精氨酸對應CGU的編碼。

而計算機的INC指令(自增)對應40H的電路信息。細胞通過mRNA來作為中間體，就如同cpu把得到的數據放在指令緩衝器。tRNA通過反密碼子來識別mRNA的信息就如同cpu的控制電路進行的信息處理。ribosome連著mRNA依次移動來讀取基因編碼，而cpu通過不斷刷新cs，ip寄存器來得到新的讀取指令地址。

所有讀取操作從start codon開始，在stop condon結束。

而在彙編語言中，我們以segment開始，以ends結尾，告訴cpu哪一段指令讀取是有意義操作。

只是不同於計算機的二進位，生命以四進位的形式進行儲存，那我們會不會也像機器一樣，通過更為複雜的流程和信息處理，構成機體各種紛繁複雜的蛋白質被活生生地創造出來？

綜上所述，僅僅是在基因領域，計算機處理問題的方法和每個生命個體中基因的運作流程就有如此之多的共同點。未來，量子計算機可能擁有能力模擬出人體大腦中的神經網路，人工智慧便可完全掌握智力生物學習的過程…寫到這裡，我突然想到，一直以來以高級生物自詡的人類會不會就是另一種更為高級文明「編程」的產物呢？

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