上集視頻介紹了DNA的復制性和突變性，DNA數據經(jīng)過(guò)了自然選擇才能進(jìn)化成遺傳信息。這一集分析DNA的操控性，DNA通過(guò)控制蛋白質(zhì)的合成，控制生物的生長(cháng)發(fā)育等活動(dòng)，從而形成生命的系統。
生物與非生物的區別是有無(wú)生命，生命的分子生物學(xué)定義是：生命是由核酸和蛋白質(zhì)相互作用產(chǎn)生的，從環(huán)境中獲取物質(zhì)、信息和能量以維持自身平衡的復雜系統。DNA通過(guò)操控蛋白質(zhì)的合成來(lái)控制生物的功能和表型，生產(chǎn)每個(gè)蛋白質(zhì)所需的DNA序列稱(chēng)為基因，基因是遺傳信息的基本單位。
基因變成蛋白質(zhì)要經(jīng)過(guò)轉錄和翻譯兩個(gè)步驟，從DNA上拷貝基因遺傳信息的過(guò)程叫轉錄，按照遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過(guò)程叫翻譯。所有的生物從DNA到蛋白質(zhì)都共用同一套轉錄翻譯體系，稱(chēng)為中心法則。
基因由編碼區和非編碼區組成，編碼區是翻譯成蛋白質(zhì)的DNA序列，從起始密碼子開(kāi)始到終止密碼子結束，是基因的功能單位。非編碼區是轉錄調控相關(guān)的DNA序列，是控制基因的開(kāi)關(guān)，包括位于編碼區上游啟動(dòng)基因轉錄的啟動(dòng)子，位于編碼區下游終止轉錄的終止子；還有一些能與特定的信息分子結合，調控基因表達的DNA序列，比如增強轉錄的增強子，抑制轉錄的沉默子等?；虻霓D錄和翻譯都有明確的起點(diǎn)和終點(diǎn)，基因的表達受到嚴格的控制。
細胞中表達的基因分為兩類(lèi)：⑴一類(lèi)是維持細胞基本生命活動(dòng)所必須，稱(chēng)管家基因，以組成型方式在所有細胞中表達，表達產(chǎn)物為結構蛋白，結構蛋白能維持機體的形態(tài)，是構成生物體的重要成分。另一類(lèi)是奢侈基因，只在特定的細胞中表達，對細胞分化有重要影響，奢侈基因的表達產(chǎn)物通常為功能蛋白，比如催化蛋白、運輸蛋白、免疫蛋白，這類(lèi)基因與各類(lèi)細胞的特殊性有直接的關(guān)系，比如肌肉細胞的肌動(dòng)蛋白、紅細胞的血紅蛋白等。這些基因的特異表達決定了生物的發(fā)育、分化、衰老。正常細胞中只有5%的基因處于轉錄活性狀態(tài)，大多數基因處于不表達的關(guān)閉狀態(tài)。
原核生物主要通過(guò)轉錄調控基因的表達，原核生物的細胞和外界環(huán)境直接接觸，環(huán)境因子往往是調控的誘導物，能開(kāi)啟或關(guān)閉某些基因的表達。在大腸桿菌中負責乳糖的分解的一組基因稱(chēng)為乳糖操縱子，當培養基中沒(méi)有乳糖存在時(shí)，調節基因合成阻遏蛋白，結合于乳糖操縱子調控區域，乳糖基因被抑制，不能合成乳糖分解的三種酶；
當環(huán)境中有乳糖存在時(shí)，乳糖和阻遏蛋白結合，阻遏蛋白失去阻遏作用，乳糖操縱子被誘導開(kāi)放合成分解乳糖的三種酶。乳糖被分解后，又造成了阻遏蛋白與調控區域結合，使乳糖基因關(guān)閉。乳糖操縱子的這種調控機制稱(chēng)為可誘導的負調控。
與原核生物的轉錄調控相比，真核生物的轉錄和翻譯兩個(gè)過(guò)程分別在細胞核和細胞質(zhì)中進(jìn)行，基因表達調控具有更多的層次性，從染色質(zhì)結構，轉錄和翻譯等過(guò)程中都有復雜的調控機制?；蛟跁r(shí)間、空間上有序表達，決定了真核生物的生長(cháng)，發(fā)育和分化，并能對環(huán)境的刺激作出反應，形成復雜的基因表達調控網(wǎng)絡(luò )。
羅伯特·維納于1948年發(fā)表了《控制論: 動(dòng)物和機器中的控制與交流》，該書(shū)是控制論誕生的標志。就像生物根據周?chē)h(huán)境的變化自行調整基因的表達，控制論是研究系統在變化的環(huán)境條件下如何保持平衡狀態(tài)的科學(xué)。我國著(zhù)名科學(xué)家錢(qián)學(xué)森將控制理論應用于工程實(shí)踐，于1954年出版了《工程控制論》。生物控制論、工程控制論、經(jīng)濟控制論和社會(huì )控制論之間存在著(zhù)類(lèi)比關(guān)系，控制論的思想和方法已經(jīng)滲透到幾乎所有的自然科學(xué)和社會(huì )科學(xué)領(lǐng)域?？刂普?、信息論和系統論，被稱(chēng)為三論，是現代高新科技發(fā)展和創(chuàng )新的理論基礎。
控制論首先需要明確系統的輸入和輸出，輸入和輸出可以是信息，比如生物感知外界環(huán)境信息的過(guò)程稱(chēng)為輸入，按一定模式進(jìn)行處理，產(chǎn)生相應的生物行為反作用于外界稱(chēng)為輸出。其次根據系統的輸入輸出變量，找出它們之間存在的函數關(guān)系，建立系統模型，進(jìn)行信息的變換和處理。
建立模型的關(guān)鍵是反饋，當遇到復雜的環(huán)境條件時(shí)，系統往往不能直接推導出準確的模型，而必須利用輸入和輸出數據做反向推演，即通過(guò)測量當前的輸出，把它與預期值相比較，當兩者存在偏差時(shí)，需要重新計算并求出控制信號，驅動(dòng)輸出向期望值運動(dòng)。根據反饋對輸出影響的性質(zhì)，可分為正反饋和負反饋，前者增強系統的輸出；后者減弱系統的輸出。在基因的表達調控中，激活蛋白是激活轉錄的正調控，阻遏蛋白是沉默轉錄的負調控。
系統控制的關(guān)鍵是在變化環(huán)境的條件下，根據信息與反饋建立模型，根據輸入進(jìn)行合理的輸出，從而維持系統的平衡。生物是DNA為適應環(huán)境而建立的模型，信息和反饋是生物進(jìn)化的基礎，信息來(lái)源于DNA復制和變異產(chǎn)生的數據，反饋來(lái)自于生物進(jìn)化的物競天擇，適者生存，淘汰不適應環(huán)境的生物個(gè)體，保留適應環(huán)境的生物個(gè)體，實(shí)現物種的優(yōu)化。1975，霍蘭德用數學(xué)計算的方法模擬了生物進(jìn)化的過(guò)程，提出了遺傳算法，遺傳算法是一種搜索最優(yōu)解的計算模型，已被廣泛地應用于信號處理、機器學(xué)習和人工智能等領(lǐng)域。
生物的表型，是DNA通過(guò)轉錄和翻譯，控制蛋白質(zhì)的合成所表現出來(lái)的，如果把基因到表型的對應關(guān)系看做輸出函數，有些基因和表型是單基因控制的、線(xiàn)性傳遞關(guān)系，有些基因與表型是非線(xiàn)性傳遞關(guān)系，存在多對基因控制一個(gè)表型，和一對基因控制多個(gè)表型的情形，基因和表型對應的輸出函數遠比我們想象的復雜。如果基因比作象棋中的棋子，車(chē)馬炮等每個(gè)棋子都有不同的功能和走棋規則，DNA存儲的不僅是棋子一樣的基因，還包括像深藍電腦或阿爾法狗一樣的智能程序，能根據環(huán)境的刺激，開(kāi)關(guān)特定基因的表達，生物才能實(shí)現與環(huán)境對弈的功能。
在生物誕生之后的35億年，地球的環(huán)境發(fā)生過(guò)滄海桑田、翻天覆地的變化，經(jīng)歷過(guò)冰雪覆蓋、火山爆發(fā)、小行星撞擊等各種大事件，但生物至今在地球上繁衍生息，蓬勃發(fā)展，在與惡劣的生存環(huán)境對弈過(guò)程中，DNA操控的生物始終屹立不倒，勝天半子。
總之，DNA的穩定性和存儲性是物質(zhì)基礎，DNA的復制性、突變性是信息基礎，DNA的操控性是控制和反饋的基礎，五種性質(zhì)共同成為構建生物模型的最底層架構。