氨基酸密码的二进制规律

第一节、申明

首先要申明，我只是一个高中生，八十年代中期毕业于中国浙江省金华市第一中学。

我没有学过任何专业课程，更没有学过生物学专业。有一次看中国最古典的一本书《易经》，偶然发现其中的规律与氨基酸密码有点关系，仔细研究一下：原来氨基酸的密码是一组二进制的数据编码。

第二节、预备知识

我们先来简要地回顾一下高生物学中关于遗传和变异的一些基本知识。

我们知道，细胞中非常重要的是染色体，它控制细胞的性状和繁殖。但染色体只是载体，真正起控制作用的是其中的DNA分子。DNA分子为一种双螺旋结构，排在外两侧的是磷酸分子和脱氧核糖分子，这是所有DNA都相同的，真正控制信息的是藏在中间的四个碱基的不同排列次序。这四个碱基分别是腺嘌呤A、鸟嘌呤G、胞嘧啶C、胸腺嘧啶T，而且其配对原则是A配T、G配C，这就是碱基互补配对原则。

加注：实际上，碱基也是载体，碱基的排列“顺序”才是遗传信息。而我们知道“顺序”本身是“空、无”的。可见，正是“空、无”的无形信息控制着有形的物质序列结构。这也体现了象与数的关系和实质：数是信息，本身空无，但是它控制着作为载体的象。

DNA一方面通过自身解旋复制平均分配到两个子细胞中，来达到遗传的目的，另一方面通过控制蛋白质的合成来控制生物（细胞）的性状。DNA是通过信使 RNA的转录过程把信息从细胞核中带到细胞质中去控制蛋白质合成的，在信使 DNA中，以尿嘧啶U代替胸腺嘧啶T与A配对。在细胞质的核糖体中，以信使 RNA为模板，通过转运RNA 把游离的氨基酸载到核糖体中，并以信使RNA的碱基顺序把氨基酸排列起来组成蛋白质。转运RNA一端有三个碱基与信使 RNA配对，另一端载游离氨基酸。

上面参照的是高中生物课本（甲种本、1985年出版）“遗传和变异”一章的知识。书中最后说：蛋白质是由比较普遍存在的20种氨基酸组成的，这就发生了四种碱基如何决定20 种氨基酸的问题。近年来的研究初步弄清了这个问题，就是由三个碱基的不同排列顺序决定一个氨基酸密码。现已查明20 种氨基酸的全部密码（见表1二十种氨基酸及其密码）。

二十种氨基酸和它们的密码

我们看这个表有两个明显示的缺点：①决定每个氨基酸的密码零乱不齐，有1 个的，有2个的，有3 个的，有4 个的，有6 个的。②表中总的密码数是61个，而根据数学计算，4个碱基中取三个来排列组合（可重复取）的可能性为64种，可能遗漏了三种密码。所以此表第一对应不整齐，第二不完整，按照推论应该有64个密码。

第三节、二进制推导

简单地说，核苷酸分为两类：嘌呤与嘧啶。其中嘌呤又分为腺嘌呤A，鸟嘌呤G；嘧啶又分为胞嘧啶C，胸腺嘧啶T。不妨按照它们的顺序假设：腺嘌呤A为1，鸟嘌呤G为2，胞嘧啶G为3，胸腺嘧啶G为4。

我们用两位数的二进制数把他们表示出来就是：

A = 00，G = 01，C = 10，T = 11。

然后我们分别把两个氨基酸密码表格中的相对应的核苷酸字母替换诚二进制数。

二十种氨基酸和它们的密码

 二十种氨基酸和它们的密码（整理修正表）

再把全部六十四个密码按照顺序排列，并分别用自然数列与二进制来表示。

也就是说，由 64 个核苷酸密码表达出来的 16 种氨基酸，实际上只是 4 个碱基组成的六位二进制数的一个自然数列，而且它总共只有 从 1 到64 个数字，即 2 ⁶ = 64 ，这就是分子生物学或者说整个生物学的秘密，也可以说是大自然的秘密！

再回过头去看原先的表格，并且把他用自然数表示出来，看看有什么秘密。

从中可以看出来，所谓的氨基酸密码，实际上是把 1 — 64 这样六十四个数字的顺序打乱然后随手采取其中一段。那么是谁把他打乱的呢？只有上帝。但是我们又错了，上帝并没有打乱它，而是我们人类自己研究它的时候把它打乱了，因为实验的发现过程总是单个而且凌乱。实际上，上帝给每个生命（包括从病毒到人类的任何一个生物体）都分配了唯一的一个识别码，就象我们每个人的身份证号码。不过上帝的识别码更长，但是基本单元却更简单，只有 0 和 1 两个数字。而人类的身份证号码是采用 0 — 9 十个数字单元组成的 15 位数。假如将来计算机的运算速度足够快（比如量子计算机的发明），是否能够破译世界上出每一个生命体的识别码呢？但是每一个生命体的识别码是唯一的，认识它并没有什么意义。重要的是总结出上帝的编码规律，以及这个长串编码中共同的部分。而实际上，这个规律也已经明摆着了：所有的生命都有共同的祖先，而且这个共同祖先的终极实在是非常的简单，就是 0 和 1 这样两个数字，而且最终可以归结为 0，甚至连 0 也是没有的。这可能会让那些雄心勃勃的西方科学家感到很失望。

第四节、中国哲学思想（太极阴阳）的角度描述

我们用太极阴阳理论来研究一下这个问题，为什么会想到这种方法呢？第一，碱基共有4 个，分为嘌呤和嘧啶两类，这使我们自然地联想到四象与两仪。第二，转运RNA以三个碱基来确定一个氨基酸，这使人想到八卦由三对爻组成。对照四象图，我们假定嘌呤为阳、嘧啶为阴；腺嘌呤为阳中之阳太阳，鸟嘌呤为阳中之阴少阴，胞嘧啶为阴中之阳少阳，尿嘧啶为阴中之阴太阴。如下图所示。

按此假设一个密码由三个碱基组成则刚好是个一个六爻卦，如赖氨酸AAA对应乾卦。我们按这个猜想把64卦的每一卦由下往上按两爻一组分为三组，分别用一个碱基字母来表示，得到64个密码，对比原表中的密码发现其中61个密码一致。另外有渐卦UGA、咸卦UAG、遁卦UAA缺漏。假如我们把这三个密码补上去，刚好能与64卦一一对应。而且补全以后的表中密码分析统计结果符合以下三条规律（这其实完全可以从太极64卦图中看出）：

1、A、G、C、U 四个字母各出现48次。

2、A、G、C、U 四个字母出现在首位中位末位的次数各为16次。

3、代表每个氨基酸的一组密码中，前二位字母必定相同而后一位按碱基互补配对的原则出现。

我们对照《太极八卦与氨基酸密码合观图》（见附图）来分析这三条规律：

1、 为什么各出现48次？因为64×3÷4=48，其中64为卦数，3为每个密码的碱基数，4为其四个碱基参与。

2、为什么出现在首中末位各为16次？因为从乾到临的16卦其初爻二爻都为阳，即刚好代表字母A；其余G、C、U也同样道理。64÷4 = 16

3、我们从图中看到从乾开始沿“S”线回到坤，每相邻四个卦的初爻到四爻是相同的，也就是说第一第二个字母必定是相同的，而最后一个字母从图中看是按A、G、C、U碱基互补配对顺序循环的。从这里可以判定，一个氨基酸理应严格地由四组密码来决定。中间一个字母的规律是按4个A、4个G、4个C、4个U的顺序循环（沿S线走）。

那么为什么外圈（最末一个字母）是按A G C U的顺序呢？看一下它们的阴阳性质并排出来则是太阳、少阴、少阳、太阴，这刚好符合两仪分四象的位置。如四碱基图中假如把四象按S线拉直，刚好是这个顺序，所以这种组合最合理。这一条规律非常重要，它是我修改氨基酸密码表组合的依据。既然如此，我们把原表中的密码位置按第③条规律作个修改：

①把天冬酰胺与赖氨酸的四个密码放在一起组成一个新的氨基酸：AAA、AAG、AAC、AAU，我们称之为天赖氨酸。

②把天冬氨酸与谷氨酸的四个密码放在一起：GAA、GAG、GAC、GAU，我们称之为天谷氨酸。

③把缺失的渐卦UGA补到色氨酸UGG后面（这符合表中的规律）并把它与半胱氨酸排到一起，即UGA、UGG、UGC、UGU，我们称之为半色氨酸。

④把谷氨酰胺与组氨酸排在一起，即CAA、CAG、CAC、CAU，我们称之为谷组氨酸。

⑤把异亮氨酸与甲硫氨酸放在一起，AUA、AUG、AUC、AUU，我们称之为异甲氨酸。

⑥把亮氨酸的后两个密码放到苯丙氨酸后面，组成UUA、UUG、UUC、UUU，我们仍称之为苯丙氨酸。

⑦把精氨酸的后两个密码与己氨酸的后两个密码放到一起，即AGA、AGG、AGC、AGU，我们给它命名为文氨酸。

⑧把缺漏的咸卦UAG、遁卦UAA 补到酪氨酸后，仍称之为酪氨酸。

 二十种氨基酸和它们的密码（整理修正表）

整理后组成一个新的氨基酸密码表（见上表）。这个表有64个密码共组成16个氨基酸。

我们从表中可以看到，这64个密码具有非常整齐的规律。如果我们把16个氨基酸作个全排列，其可能出现的全排列方式有P₁₆¹⁶=16！≈20922789000000，大约为20 万亿种排法，这还不考虑组合数在内。而且一个DNA分子内的碱基可能成千上万，所以实际的排法几乎是个无穷数。这是生物多样性的内在基础，也为物种的变异和进化提供了条件。现在，国际上在进行一项生物工程研究，叫“人类基因组计划”，其中有“中华基因组”部分。具体地说就是联合国内众多的生物学家，利用电脑技术，试图分析出人类基因的所有片断内容。这是一个庞大的工程，即使借助于电脑技术，其工作量依然非常庞大。

这个计划于1989年出台，到现在已经有十年时间，听说还要五年才能完成。我很佩服专家们的这种勇气，但是一个一个地具体分析，好比数沙子，这种方法并不可取。这样即使都弄清楚了，仍然缺少整体的把握，且有许多生命进化前期的基因杂在其中，耗费巨大，历时久长。这种方法实质上还是受到西方思维中逐个数量分析的影响。

很多人在比喻这个时代的变化、发展和进步时，常爱用“知识大爆炸”一词，确切的说是“科学技术”的大飞跃。这其中“生物技术”是个很重要的内容，“基因组”计划只是其中之一，还有“克隆技术”，“转基因技术”，电子技术与基因技术融合的“基因芯片”等，以及与生物学相关的生态与环境科学。自然科学只有数学和物理，物理就包含了所有的具体科学门类，如化学、地理学、生物学等，生物学有两个方向：宏观向人体外的环境类，微观对人体内的基因类，生态环境的平衡现在对人类来说越来越重要。

我高中时一个成绩优异的同学，报考了北大的生态环境专业。当时还颇为他报了冷门而觉可惜，现在想来他有先见之明。他后来继续读北大生命科学学院的研究生，现在又到美国芝加哥大学攻读生物学博士学位。想来学成回国以后，将可为国家栋梁，大显身手了。据国家人事部的预测，二十一世纪中国急需的人才类型中，除了电脑设计和网络管理人员，其次就是生命科学（生化类专业）和生态环保类的人才。还有中医在全世界各地越来越受到重视，所以按摩、针灸、中医也将有广阔的前途。科学技术的飞速发展和知识的快速更新，常常给人一种巨大的压力，觉得无所适从。寒窗十年的学习且不说，有可能学成时知识已老化。或者化了很多年的时间和精力去搞的东西，当结果出来的时候，已经过时了。如这次科索沃战争，新闻出版界借助先进的信息和通信技术，一部又一部的书在仗还没有打完前就印出来了。这种情况下，“执古之道，以御今之有”和执简驭繁就显得很实用。撇开新闻不说，在科学研究上，《易经》的方法适合这种特点。

 遗传学中基因和性状都有一个“显性和隐性”的问题，我们可以根据太极阴阳理论对这一问题作个解释和预言。

32对错卦即32对阴阳互补的氨基酸，按阴阳理论推测，每一对互补氨基酸中由阳性氨基酸组成的一组密码应该是生物学中所谓的显性基因，阴性氨基酸组成的密码应该是隐性基因，其中具体是什么机制应另作研究。但是密码是阴阳成对的，也就是说每个生命体中其实都同时存在着两组阴阳相对（性状对立）的基因，至于具体表现出哪一种性状，取决于外界环境的影响。可见中国古代所谓的“天人感应”有相当的道理，生物的最终性状很大程度上还是取决于环境因素，因为它“内置”的可以选择的模式实际上有无穷多。

天人感应的现象其实是客观存在的，最普遍的比如女子的月经，就是受月球引潮力的影响，月经的名称可能也就是来源于此。不但与人，天地万物都是相感应的，比如许多动物对自然灾害都有预感。万物之间也都是相互感应的，亲人之间在某些重大事情上有“心灵感应”。我还曾看到一篇报道说，有一家的老鼠，在主人临死之前显得烦躁不安。主人死了以后，那老鼠也就死了。另外，这也正是为什么人类会有双重的性格，为什么会有人格分裂症，而且每一种性格都有可能在外界环境的诱使下表现出来。有时我们会有这样的心理体验：某一件事、某一种情景分明觉得自己以前似曾经历，但按逻辑常理去推理又是根本不可能的事。这是否说明人脑意识中存在一个完整的阴性世界或体系？它有时会偶然地闯到显性意识中来。

还有，很多人声称自己曾“闯入时间隧道”，这种记载很多权威可信的资料上都有，比如军方资料。这是否为阴性意识体系短时间内占主导地位而形成的错觉？万事万物所表现出来的这种阴阳对立并共存的性质，正好印证了中国的太极阴阳论是宇宙间唯一普遍、科学、基础的理论，也是宇宙的真理，阴阳五行理论用之于中医而得到种种应验就是有力的证明。

既然氨基酸密码可以与64卦一一对应，而64卦图已被证明是一个二进制代码图，也就是说，氨基酸的密码排列也应是一个二进制的规律。那么其中实质性的联系在哪里？氨基酸密码是如何来体现这二进制的规律？

我们知道，DNA分子中碱基的排列顺序就是遗传信息，它一方面通过自身的复制来遗传，另一方面通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状。DNA存在于细胞核里，而蛋白质合成于细胞质的核糖体中，这中间过程还需要另两种媒体来完成。一种是信使RNA，它在细胞核中以DNA的一条链为模板，根据碱基互补配对的原则复制出单链以后，从细胞核的核孔中出来到核糖体中，这个过程叫转录。在核糖体中，转运RNA把游离的氨基酸运载到核糖体中，根据碱基互补配对的原则把它们连接起来形成蛋白质。因为转运RNA的一端运载氨基酸，另一端是三个碱基，与核糖体上的信使RNA配对——机制和秘密就在这里！转运RNA上的三个碱基与信使RNA上的碱基配对时，只有两种结果：配或不配。这就把碱基密码中的二进制体现到蛋白质中了。生命的奥秘，追根结底好象也只是物质在按某种规律运动。但是这些物质的运动好象有某种灵性，似乎有某种目的，不象无机物那么机械死板，它们的运动是受某种信息控制的。

那么又是谁让它这么运动呢？也就是说，确定这些信息和程序的又是谁呢？是上帝吗？我想不是的，如果说是上帝，那么宇宙就是上帝。就是说，上帝就是物质及其运动的规律，而不是神灵、不是生命、不是人。为什么这么说呢？进化论告诉我们生命不同于其它普通物质现象的一些特性：它一旦形成某种最简单的形式之后，在以后的过程中就会受环境物质的影响，逐步改变自己，调整自己，复制自己，变得越来越复杂，越来越适应环境——同时也影响环境。所以要想弄清生命的奥秘，只需弄清它的最初形式从那里来就可以了。

生命的最初形式，只是一些简单的有机分子，而有机分子又来自于无机分子。从无机分子到有机分子这一阶段的跨越，被认为是生命进化过程中最难弄清的环节。但后来被证明是环境的作用，实验室的模拟再现了这一过程。即早期地球大气中的闪电等自然现象的作用和催化，使无机分子“无意”中碰巧组合出一些有机小分子。所以生命的起源好象是一种偶然，其实又是必然的，迟早会发生的结果。也有人认为，最初的有机分子是来自太空的外星物质，那么我们可以追问：外星上的最初有机物质又是从何而来？也应该是在环境的影响下从无机物质中来。无机分子为什么能合成有机分子？因为它具备这样的内在分子结构。为什么有这样的分子结构？这是由组成它的原子结构决定的。原子结构又是由更小的粒子结构决定的，一直可以追究到夸克或超弦。在夸克或超弦的层次上，起决定作用的仍然是太极阴阳和二进制规律！不信我们可以看看：

弦只有两种——开弦和闭弦。我们可以把开弦假定为阳，闭弦假定为阴。在电磁理论中，电场是开放的磁场是闭合的。空间中假如有一个正电荷，它的电力线理论上可以延伸到无穷远处。

空间中的一个磁子，它的磁力线必然形成自己的闭合曲线，当然这磁力线的层次理论上也是扩展到无穷远，但总是闭合的。不过科学家也发现了“磁单极子”，好比单身汉暂时没有配偶。电场的性质类似于阳性，磁场的性质类似于阴性。而电场和磁场本身又有正负和两极，犹如四象，所以可以联想电磁波也是一种阴阳现象（见另一章）。弦的开闭与电磁场的开闭是否有某种联系？

我们注意到：夸克的六味三色与前面论述的氨基酸密码总数六画阴阳成三对刚好相对应。另一微观理论“夸克论”，也逃不脱阴阳的规律。夸克至少有六种以上的“味”，分别被称为“上、下、奇、魅、底、顶”，每种味都有红、绿、蓝三色（此处的味和色只是一种代号，并非真的滋味和颜色）。我们可以认为，这些夸克并非随意的，而是对立成对的。

回到前面的问题：有机分子在进化过程中，为何改变自己、复制自己？它有主观目的吗？我们有理由认为，这是受环境的选择作用。也就是说，在当时的环境条件下，随机形成的有机分子其实成百上千万，这也可以从氨基酸密码的排列方式无穷无尽得到启示。但是那些不能复制自己的有机分子形成以后，又被淘汰了，消失了。只有一部分能复制繁衍自己的保留了下来，而最初这种复制性能只是随机的一种偶然。从DNA到信使RNA到转运RNA，这里还有一个问题，教科书上也没有提到。DNA分子是一个双螺旋结构，它的复制过程没有问题，是在解旋酶的作用下，分成两个单链，然后各以一条为模板，根据碱基互补配对的原则，合成两条一样的子链。那么从DNA到RNA的转录过程又是如何的呢？RNA以DNA的一条为模板，到底是哪一条呢？因为DNA是双链，而且这两条链是根据互补配对的原则结合在一起的——也就是说两条链是刚好相反的，假设其中一条为正，则另一条为负。另外一个问题，从DNA到RNA的过程，DNA是解开还是不解开的呢？如果解开，则存在上面选哪条的问题；不解开，则它的复制又如何操作？或者它是两条都取用？如果两条都取用，则造出来的蛋白质必定是分为性状相对的两大类，这两大类蛋白质又是如何共处于同一个有机体中？

我在前面给出的64卦和氨基酸密码对应图到底有何作用呢？我们可以从这个角度来思考：阴阳理论已经是一个成熟完整的二元理论体系。老祖宗在用它来解决实际问题时的应用过程中，不仅能自圆其说，得心应手，而且应验观测也非常的好。所以我们可以用它对阴阳性质的描述来对应的推导氨基酸的性质，在理论上指导实验的研究方向，就象哲学方法论对具体科学的引导那样。太极与阴阳虽是同一理论的不同阶段，但是其应用是有所侧重的。太极模式比较适合解释事物的起源和创生。而事物创生以后，就以阴阳二元的形式和规律演化，这时候就比较适合用阴阳理论来研究。

我们来试看一下，比如说，AAA、AAG、AAC、AAU四个密码组成的天赖氨酸（天冬氨酸、赖氨酸），它所处的卦区为阳乾区的乾、夬、大有、大壮四卦。那么对照阳性的许多特点，和乾卦的许多功能，可以进而推测这一区氨基酸的许多功能特性。比如乾为天，属阳主动，主生，主外，化气等。对应的氨基酸，可能在性质上活动性强，组成蛋白质的机会多，在细胞中的功能为流动，易处于外层等。当然，这些只是我个人的推测，实验观测是否如此还不知道。其它区位的氨基酸，也可以根据各区位所属卦的性质同理加以推测。如果这种推测符合实验观测，那么在应用领域，对于未知基因在实验中的查找、控制、修复等都有重要的意义。

从理论上来说，它的重要意义还在于：既然证明了氨基酸密码是四个碱即按照二进制的规律排列的，这种排列又能而且只能得出唯一的64个密码，而蛋白质的种类却是成千上万。那么由密码组成氨基酸和由氨基酸组成蛋白质，都只能是一种有限的密码循环排列组合的过程：即四个碱基排出64个密码，64个密码按照互补配对原则组成16个氨基酸——蛋白质的标准元件，然后是16个氨基酸拼装出成百上千的蛋白质。

因此，基因的序列并不需要用电脑一个一个地去分析，而是可以推导出来的。祖宗的思想中有阴阳互补配对这一基础，基因的组成也是根据碱基互补配对的原则进行的，我们又可以在太极衍生图中看出：64卦中，以原点处于对顶位置的两个卦都是互补卦。

这种漂亮精密的对称，根本不可能是一种无关的偶然。

表现出来的虽然只是形式的精美，其中应该存在着内在的精确规律！

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