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第六百六十二章 第一個以數學語言進行精確描述的植物遺傳基因模型體系誕生!

作者:墨少堤
七月十一日,週六的夜晚,「星光銘緣」小區的新家裡,秦克與寧青筠並排坐在書房的座位裡,正認真地驗證著厚厚稿紙上有關計算種子學的算式。
如果不知詳情的人大概會覺得好笑,兩人身為數學系、物理系的教授,卻在全力進行著植物育種的生物課題研究。
不過如果細看,就會發現他們做的其實還是數學工作——以數學為鑰匙,敲開種子遺傳基因寶庫的大門!
「沙沙沙——」筆尖在白紙上飛快地跳躍,延展為一行行復雜的算式。
窗外月光如紗,繁星點點,夜風中帶來有節奏的蛙鳴與吹過樹林的沙沙聲,極有夏夜的詩情畫意,但兩人都沒留意到這些,他們的眼裡只剩下計算種子學最後也是最關鍵的難關——將這堆稿紙裡蘊藏的理論模型,用數學語言來完成體系化!
一旦這項工作完成,憑他們手裡的資料,推匯出完美型沙漠紅薯的最終雜交培育方案就是順理成章、舉手之勞了。
建立計算種子學體系並非只是數學 植物學簡單地湊在一起,它需要用數學來發現、理順無數錯綜複雜的植物遺傳基因關係,並將之融會貫通成一個可靠的模型體系,以便於利用這些遺傳基因之間的關係,推演出如何透過雜交技術甚至是基因技術,培育出具備理想特徵的新型植物種子。
這是一項龐大而複雜的工程,有關生命遺傳的真理始終都深藏在迷霧之中,哪怕現在遺傳學得到了長足的發展,但那更多是有關於動物或者人類本身的探究。
而植物方面的遺傳學研究,過去幾十年主要依靠反覆的實踐試錯以及經驗總結,直到近十多年來才開始從DNA乃至RNA的角度來研究。
像秦克和寧青筠這樣,以數學建模為依託,結合DNA與RNA的鹼基特性來研究、推導植物育種的方式,幾乎從沒有人嘗試過。
白手起家、從零建立一個新學科的難度無疑是非常高的。
兩年多前,兩人就曾以泛函分析起步,以數學建模為依託,結合著當初計算流體力學與計算材料學的經驗,初步建立起了計算種子學的雛形,並在種業協會的大會上嶄露頭角。
但真正難的還在後面。
為了將計算種子學完善起來,兩人投入無數精力來深入研究植物的遺傳密碼,從DNA的腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和胞嘧啶(C)四大鹼基到RNA的A(腺嘌呤)、G(鳥嘌呤)、C(胞嘧啶)、U(尿嘧啶)四大鹼基;從研究DNA的超螺旋結構、線性雙鏈中的紐結、多重螺旋等高階結構,到十幾種信使RNA和非編碼RNA的不同結構……
每一個組合、每一個發現,都蘊含著兩人大量的心血與汗水。
期間兩人不知道翻閱了多少的文獻資料,光是生物學會翟會長提供的植物DNA研究資料就超過五百份,而這些資料幾乎都爛熟在兩人的腦海裡,成為了建立理論體系的養分和資料基礎。….
而為了更好地做實驗和DNA、RNA分析,兩人還花了七千多萬引進了國外大批的實驗儀器裝置,來升級青檸植物培育實驗室。
青檸植物培育實驗室團隊也沒浪費掉這好不容易採購回來的新裝置,幾十人眾志成城、日以繼夜進行著DNA和RNA的實驗與分析,積累下來的實驗報告就能堆到一米高。
而所有的日與夜、白加黑,所有的努力與汗水換回來的成果,都凝聚在兩人此時正在進行最後驗證的兩百多頁稿紙和無數的算式裡。
此刻一個全新的、成熟的理論模型就記錄在這疊稿紙裡,只剩下最後的整合,用數學將之體系化,使之能正式投入應用中!
秦克和寧青筠在匆匆吃完晚飯後,就一頭扎入到稿紙堆裡
進行最後的這項體系化工作。
兩人分工明確,寧青筠負責前面二分之一稿紙內容的體系化,餘下一半由秦克來完成。
憑著兩人多年共同做課題研究來培養出來的默契,並不需要擔心後續的合稿問題。
在兩人專注的筆下,一行行的算式編織出一張邏輯清晰、細節嚴謹的種子學理論大網,所有植物種子的遺傳基因、鹼基組合,以及不同序列不同結構下的生命奧秘密碼,都被這張大網羅列在其中。
成功曙光已觸手可及!
寧青筠負責的部分更偏向理論,非常繁瑣但並不會太難,需要的是細心耐心,加上計算種子學的理論工作一向就是寧青筠負責的,現在只是將之以數學語言和算式完美地表現出來,所以寧青筠的進展很順利。
秦克接手的後半部分則是應用,包括所有DNA、RNA鹼基的排列組合、結構形狀的預測、數學建模、推導具體的雜交培育方案,難度明顯高出一籌,需要極為強大的邏輯思維能力。
時間一點一滴地流逝,窗外的圓月已升到了半空,指標也指向了凌晨。
順展進利的寧青筠已開始進行最後的收尾工作了。
秦克則依然與數學建模和雜交培育方案的推導邏輯「苦戰」,他已理清了絕大多數的細節,但還缺少某條關鍵的「線」,將手裡將無數的碎片串聯起來,並融入理論大網中,將理論化為「實踐工具」。
本小章還未完,請點選下一頁繼續閱讀後面精彩內容!就在秦克打算熬個通宵之時,某一瞬間,他的大腦忽然像開了竅般,思維變得清晰無比,無數的知識化為星辰點綴在他的腦海之中。
這種感覺——是「靈感增幅」狀態激發了!
長時間的專注與近兩年來的點滴積累,意外地激發了系統的「靈感增幅」狀態!
這還是秦克第一次在數學以外的學科裡激發出「靈感增幅」狀態!
但他顧上不多想了,把握住這有如電火花般四濺的靈感,再一次加快了手裡鋼筆的書寫速度。
「沒錯……在這裡引入雙曲型偏微分方程,就得出tRNA的二級結構變換算式,單鏈小分子RNA可以代入這條算式中,經過四段雙螺旋變換,就能順利地變成五段非配對的序列,並最終形成三葉草形的穩定結構!二氫尿嘧啶臂和二氫尿嘧啶環的關係也可以直接透過算式得出最優連線點,進行反推出反密碼子環與氨基酸結合位點位的關係!」….
秦克越寫越興奮,眼中的光芒更是越來越璀璨!
「將線粒體rRNA、葉綠體rRNA的特徵代入到完備距離空間中,這樣就能引出TΨC臂(T臂)和TΨC環(Ψ環)在有機溶劑、酸鹼試劑中的變化……這些資料可以運用複變函式論裡的柯西定理,再加上尤拉公式來串起來……」
十幾分鐘的時間彈指即過,數學這門宇宙語言在秦克靈感爆發的筆下,盡情地勾勒出了植物遺傳的奧秘與生命之美!
「成了!」
秦克放下筆,精神放鬆,立刻便退出了「靈感增幅」狀態,一股腦力透支的疲憊隨即湧了上來,幸而因為他進入「靈感增幅」只有十幾分鍾,此時雖然精神消耗很大,卻沒像以往那樣直接就累得要倒下睡覺。
而且,一股說不出來的成就感流遍他的全身,流遍他的每一個細胞,使得秦克疲憊的精神變得昂揚而亢奮!
他終於成功了!
經由他的數學體系化後,一切的遺體基因都可以化為數學與算式,並據此進行數學建模,推演出具體的DNA、RNA鹼基組合、排序和最佳結構,進而再推匯出最佳的雜交培育方案!
雖然這樣的過程比較複雜,也無法保證95%以上的準確率,哪怕雜交培育方案推匯出來了,也還需
要不斷地進行實驗驗證——但這已足夠了!
那可是95%的準確率了!95%啊!
而且這是人類歷史上,第一個以數學語言進行精確描述的植物遺傳基因模型體系!
這更是一門註定會深遠地影響到世界的全新子學科,以後所有的糧食作物乃至果樹、花卉種子,都可以藉助這個計算種子學來極大地提高種子雜交培育的準確度,具體到實際的種子培育中,就起碼能減少95%的研究費用和時間!
不誇張地說一句,整個世界的糧食培育研究都將會邁入新的紀元!
整個種子業界都將會因此而發生翻天覆地的變化!
剛剛離開去泡了杯紅茶回來的寧青筠,一看到秦克興奮激動、充滿成就感的神色便猜到了幾分,欣喜道:「你完成了?」
秦克看了眼旁邊的座位,寧青筠負責的那部分顯然也全部完成了。
「嗯!咱們大功告成了!」他接過紅茶一飲而盡,然後抱起寧青筠原地轉了幾個圈,整個書房裡都回響著他激動的聲音。
「呀——!」
少女長長的秀髮因為慣性而飛揚,帶來好聞的青檸般的幽香。
寧青筠被秦克這樣抱著飛轉,原本有些害怕,但感受到秦克的喜悅,她也輕輕地笑了出來。
這是她和秦克完成的,第一項會真正改變整個世界、造福全人類的大發明!
少女心裡也油然生出一股說不出的自豪來。
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墨少堤
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