先日、コンピュータサイエンスの知識がある友人と会話をしていました。 そのとき、私の研究の話になり、次のような質問が出ました。 ヒトのゲノムに格納されているデジタル情報の量はどのくらいだろう？ という質問になり、私は頭の隅々まで調べ始めた。 4176>
ゲノムの情報記憶容量を計算する
ヒトゲノムには、生物の完全な遺伝情報が、DNAとタンパク質から構成される23本の染色体（常染色体22本とXまたはY性染色体1本）に格納されたDNAシーケンスとして格納されています。 DNAは2本の鎖からなり、糖とリン酸でできた骨格を、窒素を含む塩基でつないだ二重らせんの「ねじれたはしご」のような構造をしています。 DNAは4種類の塩基から構成されている。 アデニン（A）、チミン（T）、シトシン（C）、グアニン（G）である。 これらの塩基は、アデニンとチミン、シトシンとグアニンが必ず対になるように組まれています。 これらの塩基の組み合わせにより、4種類の塩基対の可能性が生まれます。 A-T、T-A、G-C、C-Gです。 ハプロイドヒトゲノム（各染色体を1本ずつ含む）は、これらの塩基対が約30億個集まり、23本の染色体となっています。 4176>
ゲノムをコンピュータのデータ記憶装置に例える
コンピュータでDNA配列を表現するためには、4つの塩基対の可能性をすべて2進法（0と1）で表現できる必要があるのです。 これらの0と1のビットは通常、まとめて大きな単位となり、最小のものは8ビットを表す「バイト」となります。 各塩基対は最低2ビットで表すことができ、4種類のビットの組み合わせ（00、01、10、11）が得られます。 各2ビットの組み合わせが1つのDNA塩基対を表すことになります。 1バイト（または8ビット）は4つのDNA塩基対を表すことができます。 4176>
6×10^9 base pairs/diploid genome x 1 byte/4 base pairs = 1.5×10^9 bytes or 1.5 Gigabytes, about 2 CDs worth of space! あるいは、標準的な DVD に 3 つの別々のゲノムを収めるのに十分なサイズです！
Data storage across the whole organism
Some interesting question could follow. たとえば、人体には何メガバイトの遺伝データが保存されているのでしょうか。 簡単のために、マイクロバイオーム (体内に生息する人間以外のすべての細胞) を無視し、私たちの体を構成する細胞だけに注目することにしましょう。 人体の細胞の数は、10兆個から100兆個の間と推定されています。 ここでは、一般的に言われている100兆個の細胞を想定してみましょう。 つまり、2 倍体の細胞 1 つに 1.5 GB のデータが含まれているとすると (これは非常に概算です。私たちの体内の 2 倍体の細胞のみを考慮し、半数体の精子と卵子の細胞は無視しています)、人体に保存されているデータの概算量は次のようになります。
1.5 G バイト x 100 兆個の細胞 = 150 兆 G バイトまたは 150×10^12 x 10^9 バイト = 150 ゼッタバイト (10^21)!4176>
性的な情報交換
同じラインで、人間の生殖の間にどれくらいの遺伝情報が交換されるのでしょうか。人間の男性の各精子細胞は異数性かつ倍数性で、2つの性染色体（XまたはY）のうちの1つと22本の常染色体のうちの1セットだけを含んでいます。 したがって、1個の精子には約30億塩基の遺伝情報が含まれており、これは750メガバイトのデジタル情報に相当する。 人間の平均的な射精には、約1億8000万個の精子細胞が含まれている。 つまり、180 x 10^6 ハプロイド細胞 x 750 Mbytes/ハプロイド細胞 = 135 x10^9 Mbytes=135000 テラバイト!!!! この考えをさらに推し進めると、13500Tバイトが転送される一方で、たった1個の精子細胞が750Mバイトのデータを使って卵子と融合し、さらに卵子の750Mバイトのデータと結合することになる。 したがって、有性生殖中に転送されるデータの 99.9999…% がパイプラインで失われます…残りのわずかな情報が何か建設的な結果をもたらすかどうかは、良い親次第です」
以上の数字を計算すると、他にもたくさんの興味深い質問をすることができます。 私たち生物のデータ容量について考えたことがあるだろうか。 細胞分裂の際のデータ転送速度はどのくらいだろうか？ 配偶子が融合するときのデータ伝送速度は？ ヒトのリンパ球が血液中を循環するときのデータ転送速度は？ アポトーシスによって1日に破壊されるデータの量は？ 1日にどれくらいの量のデータが作られるのか？ 光ファイバーによるデータ転送速度と比べてどうでしょうか？
以下、あなたの怪しげな計算や質問を自由に投稿してください！
これはあなたのお役に立ちましたか？
.