DNA(去氧核醣核酸)是一種比水大上許多的分子。事實上,它是由四種不同的單元分子(鹼基)串接而成,人們常常聽到的 A, T, C, G 分別就是這四種單元分子。而鹼基 A, T 之間會產生兩個氫鍵使其互相吸引,鹼基 C,G 之間會產生三個氫鍵使其互相吸引。
圖四:鹼基之間會型成氫鍵(虛線)。英文字母 O 代表氧原子,H 代表氫原子,氧原子與氫原子之間會彼此相吸。注意光是鹼基單元結構就已經比水大上許多,這張圖已經省略了大部分的結構。
因此,當其中一股 DNA 含有 A 鹼基時,就可以跟另一股含有T鹼基的 DNA 進行配對,最後形成了雙股螺旋結構。
如何設計出適當序列將 DNA 摺疊出來呢?
既然 A, T 兩個鹼基以及 C, T 兩個鹼基會彼此相吸,其實並不一定要兩股一樣長的 DNA 構築成雙股螺旋的結構。事實上,如果只有一股 DNA,自己的 A, T 鹼基也有機會發生相吸的現象。在 DNA、蛋白質演進出來之前,更原始生物體裡的 RNA(跟 DNA 相近但通常只會有單股,較不穩定)就能夠自行折疊出適當的形狀來執行所需要的功能。
自然界出現的摺疊形狀遠比人類想像的要複雜。要想出多條 DNA 並且設計出正確序列構築出想要的形狀的確是一件很不容易的事情。然而,人類還是可以試圖用比較簡單的方法摺出近似的形狀。其中一個簡化的方法就是只拿一條很長的 DNA 單股序列,然後設計出一系列長度非常短的 DNA 序列(Staple DNA),讓 DNA 在適當的位置相吸,造成想要的形狀。如同摺玫瑰花,我們不再需要設計多張不同形狀的紙組合成玫瑰,只要拿一張紙,設計出正確的折疊位置即可。是不是越來越像是真正的摺紙了呢?
目前所使用的 DNA 摺疊方法源自於美國加州理工學院教授 Paul Rothemund。藉由電腦軟體(目前常見的軟體為 Cadnano),使用者只需要設計出形狀即可,一系列短的 DNA 序列(Staple DNA)會自動被電腦計算出來。Paul Rothemund 設計並且製作了出了一些有趣的圖案,例如笑臉。
DNA摺紙的應用
資料存放
DNA 因為是由許多鹼基排列而成,因此除了可以摺出有功能的形狀外,同時還能存放資訊。除此之外,同樣的資訊量,DNA 的體積比傳統的電腦硬碟或隨身碟來得小。一毫米的線蟲就含有一億個鹼基對,可見資料存放的密度之高。
註:當時是華生、克立克發現結構,但女科學家羅莎琳·富蘭克林提供了非常重要的貢獻(X 光繞射照片)。然而,華生與富蘭克林之間的關係始終都是充滿著爭論。1962年華生、克拉克因為發現 DNA 結構獲頒諾貝爾獎,但富蘭克林卻在1958年過世(諾貝爾獎無法頒給已經過世的人),因此沒辦法得知若她仍在世是否會被提名。
不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。
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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。
基思.艾倫.哈沃德可以說是一名倖存者。他被維吉尼亞州錯誤定罪,但是逃過死刑執行。而且還是兩次。梅克倫堡矯正中心在一九八四年爆發了所謂的「大逃亡」(The Great Escape)1,那是有六名死囚越獄的空前維安漏洞,哈沃德面對其後的嚴密禁閉也倖存了下來。哈沃德面臨過殘酷的獄警、僅存的希望全被澆熄、父母的死訊,他的身分也被侵蝕到只能淪為 1125797 號罪犯,但是他倖存了下來。
當我們發現特蕾莎用過的性侵採證套組、把它送去做 DNA 檢驗時,維吉尼亞州的監禁率已經超過每十萬名居民有四百五十多名囚犯,每十萬名黑人居民則是超過兩千四百人。2在那個看不見的國度裡,到底住著多少無辜的 1125797 號囚犯,我們不會知道。但是統計顯示,在維吉尼亞州和全國有數千名無辜的人被關在牢裡;他們大部分人都永遠不會再拿回他們的名字了。
即使用催眠誘導的指認可以相信,不過駐衛也只是說在襲擊案發生當晚,他有看到哈沃德回到基地。是的,他是說那個人穿了血跡斑斑的制服,不過那人其實不是基思.哈沃德,而且在當時的紐波特紐斯,喝醉酒的水手在酒吧跟人打架,然後滿身是血回到船上,也不是什麼罕見的事。歸根究柢,不論證人指認的這番話具有多少分量,它都不代表哈沃德那天晚上有進入佩隆家。只有洛威爾.萊文和阿爾文.凱吉的專家證人證詞明確說出了這一點。而 DNA 也證明了兩位牙醫是錯的。
哈沃德在監獄裡的朋友們都為他打氣。他們開始從監獄圖書館的報紙上剪下與哈沃德案件有關的新聞剪報,並保留給他。隨著哈沃德的案件從一團混亂的垃圾科學訴訟,轉變成教科書等級的 DNA 平反案件,格林的報導刊登位置也越來越靠近頭版。當哈沃德的聲請在等待維吉尼亞州最高法院的決定時,他成了頭版新聞,而當 DNA 檢驗證明哈沃德是無辜的時候,他直接登上頭條。
Bill McKelway, “From the Archives: How the 1984 Escape from Virginia’s Death Row Happened,” Richmond Times-Dispatch, May 30, 2009,瀏覽日期二○二一年七月五日,richmond.com/from-the-archives/from-the-archives-how-the-1984-escapefrom-virginias-death-row-happened/article_19ea1684-9af2-5d24-86ab-5875eaf2068c.html。 ↩︎
Prison Policy Initiative, Virginia profile,瀏覽日期二○二一年七月五日,www.prisonpolicy.org/profiles/VA.html。 ↩︎
愛犬慘死,兇手逍遙法外。縱然不是每個人都如電影《捍衛任務》的 Johon Wick,身懷絕技,謀求私刑正義;[1]透過科學管道,至少可以討個答案,獲得心靈平靜。義大利某隻母的傑克羅素㹴(Jack Russell Terrier),橫屍寵物旅館的院子,得年 8 歲。犬舍的網子破裂,有向內拉扯的痕跡。寵物旅館老闆養的3隻荷花瓦特犬(Hovawart),嫌疑重大;然而事後到場的獸醫,卻認為野生狐狸或海狸才是罪魁禍首。傑克羅素㹴的主人心有不甘,遂找上波隆那的一所動物疾病預防研究機構(L’Istituto Zooprofilattico Sperimentale della Lombardia e dell’Emilia-Romagna)。[2]
非當事荷花瓦特犬。圖/Oxborrow on Wikimedia Commons(Public Domain)
身後貢獻
鑑識團隊完成狗主人託付的任務後,撰文介紹將 mtDNA 的細胞色素 b 基因(cytochrome b gene),放大並定序,最後確認物種的細節。[2]雖然不曉得他們的努力,是否有助司法公道,但是好歹已為學術研究貢獻心力。天下蒼生多少默默無聞,死後被立碑著傳的又有幾個?一隻備受寵愛的傑克羅素㹴,能榮登學術期刊,也算不枉此生。