基因是資訊,不是分子#

已故的偉大演化理論家喬治.威廉斯(George Williams)堅持:把基因等同於 DNA 分子是個錯誤。這就像以為《哈姆雷特》是由墨水構成的一樣。任何一本莎士比亞劇本當然都得由某種東西承載——墨水、螢幕上的字母形狀,甚至是燒錄進 CD 的二進位碼——但劇本本身是一個抽象的、資訊性的東西,能從一種媒介跳到另一種媒介。

基因作為「製造蛋白質的食譜」,依丹尼特(Daniel Dennett)採用的思路,同樣是抽象的、資訊性的東西。

核心立場:基因的本質是資訊,而非承載它的分子。分子結構之所以世代維持大致不變,是因為它承載了它所承載的那份資訊——而非反過來。

但有人不同意這種構想基因的方式,尤其是生物學哲學家彼得.戈弗雷-史密斯(Peter Godfrey-Smith)。為了回應他,丹尼特打造了一個小小的直覺幫浦(intuition pump)。

Herb、Alice 與寶寶 Hal#

Herb 和 Alice 想要一個孩子,但他們用的方法很不尋常:

  1. 兩人各自把基因組定序,收到一份資料檔——各約三十億個字母(A、C、G、T……)拼成的兩條序列。
  2. 他們寫一支小程式,對兩人的基因組執行減數分裂(meiosis)演算法,隨機生成虛擬的精子與卵子,再隨機在電腦裡(in silico)結合,產生一份新的基因組規格(這份規格能通過所有「屬於 Herb 與 Alice 後代」的親子鑑定)。到此為止,全都只是 A、C、G、T 這些符號的字串改寫,是純粹的計算過程。
  3. 這份規格接著被用來逐個密碼子(codon)建構出整個基因組的實體 DNA 實作(A =腺嘌呤、C =胞嘧啶、G =鳥嘌呤、T =胸腺嘧啶)。凡特(Craig Venter)的實驗室如今已能做到這件事。
  4. 這個基因組被植入一顆人類卵子的細胞核,以常見的方式培養成「試管嬰兒」。

得出的嬰兒 Hal,是 Herb 與 Alice 的孩子嗎?

丹尼特認為答案顯然是「是」。Hal 確實是他們的生物學後代,因為它取用了 Herb 與 Alice 若以正常方式受孕時同樣會貢獻的全部遺傳資訊。

這個直覺幫浦凸顯了繁殖中真正重要的東西:資訊,以及資訊的因果傳遞。在 Hal 的例子裡,這份資訊是以 A、C、G、T 的 ASCII 編碼、而非分子的形式傳遞的。這條因果鏈甚至可能繞經通訊衛星,而不是走更直接的生化路徑。

對批評的回應:精子游動力#

戈弗雷-史密斯同意 Hal 是 Herb 與 Alice 的後代,但對丹尼特的表述有所保留。本著建設性批評的精神,丹尼特也承認:Herb 與 Alice 的生殖方式,與我們平常的方式之間,存在一個生物學上重要的差異。

如果人人都用 Herb 與 Alice 的方式生殖,Herb 的遺傳資訊就不再搭乘它慣常的載具——精子細胞——前往卵子。於是精子的游動力(motility)不再承受天擇壓力,其他條件相同下,會世代退化。用進廢退。

即便如此,丹尼特仍主張——並認為這個直覺幫浦清楚說明了——世代間大致維持不變的那個分子結構,之所以被保存下來,正是因為它體現了它所承載的資訊。

進一步的思想實驗:XNA 星球#

若存在能保存同一份資訊的替代結構,演化便會照常進行。丹尼特用另一個直覺幫浦來檢驗這個主張。

延伸案例:DNA 與 XNA 交替的星球

想像在另一顆星球上,「奇數代」用的是 A、C、G、T 為梯級的 DNA,而「偶數代」用的是另一種雙螺旋——稱為 XNA——梯級由 P、Q、R、S(某些別的分子)構成。

假設後代的 XNA 分子,是透過類似信使 RNA(messenger RNA)的機制,以親代的 DNA 為模板製成的,只是這個機制在兩種生化語言之間進行「翻譯」。到了下一代,另一套信使機制再把訊息翻譯回去,如此往復。

在這樣的世界裡:

  • 你必須找到基因寫成同一種語言的配偶,才能生育後代——而後代的基因組會寫成另一種語言。
  • 亂倫結合(Oedipal unions)會不孕——這大概也是好事。
  • 但可能出現許多羅密歐與茱麗葉式的悲劇:來自對立社群的戀人無法生育。(他們總還能選擇無子的性生活並領養任一型的孩子,或乾脆當卵子與精子捐贈者,養一大群同父異母或同母異父的手足。)

撇開這些麻煩,演化將照常進行,把關於有價值適應(以及可遺傳疾病等)的遺傳資訊,透過在結構上可以任意不同的替代編碼系統,一代代傳下去。

相同的基因,不同的分子。 每個基因會有兩種形式,其差異就如「cat」與「chat」、「house」與「maison」。

這個例子與「兩個黑盒子」的案例相互呼應:兩個在語法上、結構上都不同的載具,共同擁有的正是同一份資訊、同一組語義(semantics)。這正是「基因是資訊」立場的核心。