在KTV對朋友調侃道：“五音不全的你還非得做麥霸，哪兒來的自信！？”，誰知他卻更加來勁兒地說：“骨子裏來的！”。一直很佩服他這種“不要臉”的娛樂精神，後來發現他這種來自骨子裏的自信不無道理，因爲這自信來自基因。
我們知道DNA序列是由四個簡單的字母AGCT(U)組成，1953年沃森和克里克發現了DNA的結構，隨後基因測序技術實現了基因序列的可視化 (測序發展史：150年的風雨歷程)。後來科學家在分析中想要突出顯示某些關鍵元素，於是又開發了衆多序列分析工具，利用顏色、字體或覆蓋其他類型的信息來進一步實現可視化 (基因組瀏覽器是一個重要的可視化工具)。現在又爲我們創造了另一種可能：音頻！
2017年4月澳大利亞悉尼大學分子生物學家（兼職鼓手）Mark Templet在BMC Bioinformatics上發表了一篇關於“DNA聽覺顯示器”的工具DNA_SONIFICATION，能實現DNA序列的輸入和音頻輸出。
該工具可以通過網站http://dnasonification.org/ 在線獲得，給定一條DNA序列，它會將序列中的A、C、G、T轉換爲虛擬鋼琴、吉他和風琴演奏的音符。在上傳序列之後，用戶可以精確地選擇如何完成“音樂轉錄”。作者提出了六種算法，這些算法在邏輯上從簡單到複雜。其中三種算法是將單個核苷酸，核苷酸對或密碼子解析成音符，分別產生4、16或64個音符。密碼子也可以相對於遺傳密碼簡併解析成20個音符，正如遺傳密碼將64個密碼子映射到20個氨基酸一樣。最後，核苷酸對可以被解析爲兩個獨立的幀，或者密碼子可以被解析爲三個讀取幀，從而產生多個音頻流。
Algorithm | DNA motif size | Step range (notes) | Number of audio frames (instruments) | Silence on STOP codon Restart on START codon | Sonify occurrence of STOP/START |
|---|---|---|---|---|---|
Reading frame codons | 3 bp | 20 | 3 | optional | optional |
Protein sequence | 3 bp | 20 | 1 | no | optional |
Tri-nucleotides | 3 bp | 64 | 1 | no | optional |
Di-nucleotide pairs | 2 bp | 16 | 2 | no | no |
Di-nucleotides | 2 bp | 16 | 1 | no | no |
Mono-nucleotides | 1 bp | 4 | 1 | no | no |
試想一下，當你在使用基因組瀏覽器來查看關鍵序列的時候，配上其對應的伴奏音樂，並且用戶還能選擇自己喜歡的音樂風格，這也許有助於我們對DNA序列的視覺理解。Temple確實聯繫了UCSC基因組瀏覽器開發團隊，但因爲這個音樂的分析意義不明確而被婉拒。
Temple提到，對於重複元素我們可能很難通過眼睛辨別其中細微的變化。在此作者列舉了人類端粒的序列（真核生物染色體末端的一段高度重複序列），最開始 “聲化”的序列聽起來平淡且重複，但是直到它到達單鹼基插入位點，此時音樂突然轉變，好像音樂家受到了啓發。
另外Temple通過一次播放所有三個閱讀框架，並且聲音突出啓動和終止密碼子，從而增加了一層分析價值。
除了Temple還有其他研究人員也編寫過將DNA序列轉換爲音頻的算法，並且現在有很多音樂創作者已應用這種算法將序列轉換成了極富創造性的音樂作品。
極致交響曲
將DNA聲化用於音樂創作並做到極致的莫屬於芬蘭。芬蘭是一個內部反差強烈、追求極致的國度，四季與自然是如此，在這種環境下生活的芬蘭人更是如此。2017年芬蘭獨立100週年之際，芬蘭旅遊局組織了多名遺傳學家、科技人士、音樂人、創意人，用芬蘭人的DNA譜寫了一支震撼的交響曲（The Symphony of Extremes），以此彰顯芬蘭的文化精髓。
項目第一階段是提取DNA，志願者來自芬蘭北部極端環境下生活的普通人：在拉普蘭荒野地區與十幾只狗一同生活的女孩 Tinja Myllykangas，傑出的女性極限潛水員 Johanna Nordblad，在芬蘭偏遠羣島生活的一羣孩子。前期工作由來自赫爾辛基大學遺傳學教授Päivi Onkamo，芬蘭分子醫學研究所（FIMM）Jaana Saarela完成。Päivi Onkamo專注於芬蘭歷史傳統中的DNA，Jaana Saarela則負責DNA樣本的收集和分析工作。
下一階段則是聚焦音樂作品和創作，需要將提取的DNA轉譯成音符，這項工作由坦佩雷大學的訪問教授Jonathan Middleton完成，他開發了一套將DNA鹼基對轉譯爲聲音的程序；最後由重金屬樂隊Apocalyptica成員Eicca Toppinen主要負責將轉譯後的DNA音符二次創作成最終的音樂作品。
一個是理性的科學王國，一個是風情萬種的藝術世界，兩者在山下分了路，又在山頂會合。期待科學與藝術能碰撞出更多火花！
Reference：
- http://blogs.nature.com/naturejobs/2017/07/17/the-sound-of-dna/ https://bmcbioinformatics.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12859-017-1632-x
- http://dnasonification.org/
- http://www.blabbermouth.net/news/apocalyptica-creates-music-from-finnish-dna-the-symphony-of-extremes-video-premiere/
- https://www.visitfinland.com/symphonyofextremes/