Paul Rothemund 的 DNA 魔法

自古以來，文字就普遍被認為具有一種魔力， 因此我們相信咒語的存在，只要我們能夠正確的唸出那些字。 然後，呼！你知道的，一堆東西會從天而降 然後殲滅哈比人，對吧？這是一個非常吸引人的想法 因為我們非常懶惰，就好像魔法師的學徒， 或是世界上最棒的電腦程式設計師。 因此，這個想法對我們有極大的吸引力。 我們很喜歡這個想法是因為，當這些文字被唸出來時， 他們不僅僅是單純的傳遞訊息， 而且他們還能觸發一些在真實世界中 能幫助我們工作的實質上的動作。 當然，藉由我們周遭大量的可程式化的電腦 以及機器人，這個概念並不難被理解。 你們當中有多少人知道我現在在講什麼的？ 請舉起你們的右手。好。有多少人 不知道我在講什麼的？請舉你們的左手。好。 非常好。這太簡單了。 你們的「電腦」非常容易出錯，對吧？ 我想要說的是，這是一種不同的「咒語」。 這是一個由一堆零與一所組成的電腦程式。 它能夠在電腦上被「唸」出來。就像這樣。 重點是我們可以以高階語言去寫它。 一個電腦魔術師可以寫出這種東西。 它能被編譯成這樣 -- 變成一堆零與一 -- 然後被電腦唸出來。 這就是讓電腦功能強大的東西： 這些能被編譯的高階語言。 然而，我在這邊還想告訴你，你並不需要一台電腦 就能夠施咒。事實上，你能夠做的是 如果你將資訊編碼到分子層次上 -- 你使用分子來撰寫「咒語」或是程式 -- 然後實際上這些資訊可以直接透過物理作用來解譯 並執行該程式。這就是蛋白質分子們所作的事。 當這些胺基酸序列以原子的型態被「唸」出來， 這些彼此之間緊密結合在一起的字母們 堆疊成三維立體結構使之成為 一個能切割 DNA 的奈米機器。 有趣的是，如果你改變序列， 你也同時改變了其三維折疊的方法。 它現在反而變成了 DNA 訂書機。 這種就是我們希望能夠撰寫的分子程式， 問題在於，我們不知道蛋白質的程式語言; 我們沒有蛋白質的編譯器。 所以我加入了一群逐漸增加的人群中， 嘗試使用 DNA 製造分子魔咒。使用 DNA 是因為它比較便宜。 它比較容易處理。我們對它的了解已經非常透徹了。 我們對它的了解是如此地透徹，事實上，我們認為我們可以 寫一個 DNA 的程式語言並且擁有分子編譯器。 既然我們認為我們可以做到。將其付諸實現時，我的第一個問題是 -- 或者應該說我一堆問題的其中一個是 -- 你如何能製造 任意形狀或圖案的 DNA? 我決定使用 一種類似摺紙的 DNA 折疊藝術，你可以將一股長條 DNA 折疊成你想要的各種形狀或圖案。 這邊是其中一種形狀。我事實上在家花了一年的時間， 只穿著內褲，編寫程式，就如同之前照片中的林納斯[·托瓦兹]一般。 這個程式將任何形狀，分成二百五十個不同的 DNA 序列。 這些短的 DNA 序列就是接下來將一長股 DNA 折疊成這種我們想要的形狀時會派上用場的東西。 所以你發一封內含這些序列的電子郵件去一家公司， 由這家公司使用 DNA 合成儀去製造出這些序列。 合成儀的大小大概與影印機差不多。 然後，他們將你的電子郵件和內含序列的每一個字母， 變成約卅個原子的群集，每一個單元就是一個字母， DNA 中的 A, T, C 和 G。他們被串成正確的序列， 然後他們使用 FedEx 寄還給你。 這封信件中有一些小管子，管子裡面就有著這二百五十種序列。 我把他們混合在一起，加一點點鹽水， 然後加入這個我一直跟你提到的 我從病毒中借用的長股 DNA。然後， 將其整個加熱至接近沸騰。再待其冷卻 至室溫，就像你平常會做的事一般， 這些短股 DNA 就會去做接下來的事情： 他們每一個都會與長股中的某處結合在一起， 然而他們的另外半段則會與長股中 一段距離外的某處結合，使這長股的兩部份 彼此靠近而黏在一起。 所以這兩百五十種短股的淨效應 使長股折疊成你想要的形狀。 它大約就是那個形狀。我們真的在試管中做這個實驗。 每一小滴水中包含約五百億個這些小東西。 你可以用顯微鏡看到他們平躺在一個平面上。 最棒的是如果你更改序列 改變咒語，你只要更改這些「釘書針」（指短股 DNA）的序列。 你可以使一個分子看起來像這樣， 你知道他喜歡跟朋友在一起，對吧? 這些臭味相投的朋友聚在一塊看起來的確挺不錯的。 如果你改變咒語，就是又一次的改變序列。 你會得到這些一百三十奈米的三角形。你再做一次， 你能做出任何圖案。所以在一個長方形上 你可以畫出南北美洲的地圖，或是排出「DNA」三個字母。 這就是 DNA 折疊藝術。而這只是目前 可以使用 DNA 施展分子魔咒的許多方法中的一種。 我們真正想要做的是學習如何寫出 自我組合的程式，這樣我們就可以建出任何東西了，對吧？ 我們希望能夠建造出對世界有益的科技產物 我們希望學習 如何製造生命，像是人、鯨魚或是樹木。 如果我們真的能夠建造出如此複雜的東西， 如果我們編寫分子程式的能力真的如此高竿， 那就是真的魔術了。非常謝謝你們。 （掌聲）