一顆精子＝750MB的信息！且行且珍惜！

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有一天我與一位計算機科學出身的朋友聊了會天。後來聊到了我的研究，冒出了下面這個問題：人類基因組中存儲了多少數字信息？我開始絞盡腦汁，不過意識到根本就答不出來。於是我決定好好算一下，估計我們的基因組中存儲了多少信息。

算算基因組的信息存儲容量

人類基因組中含有生物體的全部基因信息，作為DNA序列存儲在23對染色體中（22對常染色體和1對X或Y性染色體），染色體是由DNA和蛋白質組成的結構。一個DNA分子由組成標誌性的雙螺旋（twisted ladder）的兩條單鏈組成，而雙螺旋的基幹（由糖和磷酸鹽分子組成）由含氮鹼基連接起來。DNA由4種不同的鹼基組成：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鳥嘌呤（G）。這些鹼基總是以腺嘌呤連接胸腺嘧啶、胞嘧啶連接鳥嘌呤的方式相配對。這些配對生成4種可能的不同鹼基對：A-T、T-A、G-C和C-G。單倍體人類基因組（只含有每個染色體的1個副本）由大約30億個分成23對染色體的這些鹼基對組成。一個人經遺傳得到兩組基因組（從父母那裡得到），因此得到兩組染色體，共46對染色體，代表二倍體基因組，含有6×109個鹼基對。

將基因組與計算機數據存儲進行比較

為了在計算機上表示DNA序列，我們需要能夠以二進位格式（0和1）表示所有4種可能的鹼基對。0和1這些比特通常組合成一個較大的單位，最小的單位是「位元組」，表示8個比特。我們可以使用最少2個比特來表示每個鹼基對，因而有4種不同的比特組合（00、01、10和11）。每2個比特組合表示一個DNA鹼基對。一個位元組（或8比特）可以表示4個DNA鹼基對。為了用位元組表示整個二倍體人類基因組，我們可以執行下列計算：

6×109個鹼基對/二倍體基因組×1個位元組/4個鹼基對= 1.5×109位元組或1.5吉位元組，相當於2張CD的存儲量！或小得足以將3組不同的基因組裝在一張標準的DVD上！

整個有機體的數據存儲

某個有趣的問題可能隨之而來。比如說，人體內存儲了多少兆位元組的基因數據？為了簡單起見，不妨忽略微生物組（生活在我們身體中的所有非人類細胞），只關注組成我們身體的細胞。估計人體中細胞的數量在10萬億到100萬億之間。姑且將這100萬億個細胞作為普遍接受的估計值。因此，鑒於每個二倍體細胞含有1.5GB的數據（這個值非常近似，因為我只算了二倍體細胞，忽略了我們體內的單倍體精子和卵子細胞），所以人體中存儲的大致數據量是：

1.5吉位元組×100萬億細胞=150萬億吉位元組或150×1012×109位元組=150澤位元組（1021）！

性信息交換

同樣，人類繁殖過程中交換了多少基因數據呢？男人中的每個精子細胞都是異形配子的、單倍體的，這意味著它只含有兩條性染色體中的一條（X或Y），而且只有一組22對常染色體。因此，每個精子含有約30億鹼基的基因信息，表示750兆位元組的數字信息。人一次射出的精液平均含有約1.8億個精子細胞。所以，那就是180×106單倍體細胞×750兆位元組/單倍體細胞=135×109兆位元組=135000兆兆位元組！在此基礎上更進一步，13500兆兆位元組傳輸時，只有一個精子細胞會與一個卵子結合，只使用了750兆位元組的數據，與來自卵子的另一750兆位元組的數據相結合。因此，在有性繁殖的過程中傳送的數據中實際上99.9999…%被丟失了......剩餘那一點可憐的信息會不會帶來任何成果就看是不是好好培養了。

算出上述數字後，有人可能會問一大堆其他好奇的問題。你有沒有想過我們生物有機體的數據容量？細胞分裂過程中的數據傳輸速率是多少？配子結合過程中的數據傳輸速率是多少？人類淋巴細胞在血液中循環時的數據傳輸速率是多少？每天因細胞凋亡而受到破壞的數據有多少？每天生成多少數據？這與通過光纖傳輸數據的速率相比如何？

來自微博@左耳朵耗子的評論：

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