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有一天我与一位计算机科学出身的朋友聊了会天。后来聊到了我的研究，冒出了下面这个问题：人类基因组中存储了多少数字信息？我开始绞尽脑汁，不过意识到根本就答不出来。于是我决定好好算一下，估计我们的基因组中存储了多少信息。
算算基因组的信息存储容量
人类基因组中含有生物体的全部基因信息，作为DNA序列存储在23对染色体中（22对常染色体和1对X或Y性染色体），染色体是由DNA和蛋白质组成的结构。一个DNA分子由组成标志性的双螺旋（twisted ladder）的两条单链组成，而双螺旋的基干（由糖和磷酸盐分子组成）由含氮碱基连接起来。DNA由4种不同的碱基组成：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G）。这些碱基总是以腺嘌呤连接胸腺嘧啶、胞嘧啶连接鸟嘌呤的方式相配对。这些配对生成4种可能的不同碱基对：A-T、T-A、G-C和C-G。单倍体人类基因组（只含有每个染色体的1个副本）由大约30亿个分成23对染色体的这些碱基对组成。一个人经遗传得到两组基因组（从父母那里得到），因此得到两组染色体，共46对染色体，代表二倍体基因组，含有6×109个碱基对。
将基因组与计算机数据存储进行比较
为了在计算机上表示DNA序列，我们需要能够以二进制格式（0和1）表示所有4种可能的碱基对。0和1这些比特通常组合成一个较大的单位，最小的单位是“字节”，表示8个比特。我们可以使用最少2个比特来表示每个碱基对，因而有4种不同的比特组合（00、01、10和11）。每2个比特组合表示一个DNA碱基对。一个字节（或8比特）可以表示4个DNA碱基对。为了用字节表示整个二倍体人类基因组，我们可以执行下列计算：
6×109个碱基对/二倍体基因组×1个字节/4个碱基对= 1.5×109字节或1.5吉字节，相当于2张CD的存储量！或小得足以将3组不同的基因组装在一张标准的DVD上！
整个有机体的数据存储
某个有趣的问题可能随之而来。比如说，人体内存储了多少兆字节的基因数据？为了简单起见，不妨忽略微生物组（生活在我们身体中的所有非人类细胞），只关注组成我们身体的细胞。估计人体中细胞的数量在10万亿到100万亿之间。姑且将这100万亿个细胞作为普遍接受的估计值。因此，鉴于每个二倍体细胞含有1.5GB的数据（这个值非常近似，因为我只算了二倍体细胞，忽略了我们体内的单倍体精子和卵子细胞），所以人体中存储的大致数据量是：
1.5吉字节×100万亿细胞=150万亿吉字节或150×1012×109字节=150泽字节（1021）！
性信息交换
同样，人类繁殖过程中交换了多少基因数据呢？男人中的每个精子细胞都是异形配子的、单倍体的，这意味着它只含有两条性染色体中的一条（X或Y），而且只有一组22对常染色体。因此，每个精子含有约30亿碱基的基因信息，表示750兆字节的数字信息。人一次射出的精液平均含有约1.8亿个精子细胞。所以，那就是180×106单倍体细胞×750兆字节/单倍体细胞=135×109兆字节=135000兆兆字节！在此基础上更进一步，13500兆兆字节传输时，只有一个精子细胞会与一个卵子结合，只使用了750兆字节的数据，与来自卵子的另一750兆字节的数据相结合。因此，在有性繁殖的过程中传送的数据中实际上99.9999…%被丢失了……剩余那一点可怜的信息会不会带来任何成果就看是不是好好培养了。
算出上述数字后，有人可能会问一大堆其他好奇的问题。你有没有想过我们生物有机体的数据容量？细胞分裂过程中的数据传输速率是多少？配子结合过程中的数据传输速率是多少？人类淋巴细胞在血液中循环时的数据传输速率是多少？每天因细胞凋亡而受到破坏的数据有多少？每天生成多少数据？这与通过光纤传输数据的速率相比如何？
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来源丨外媒，云头条编译
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