尹傳紅

編者按：

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在增進(jìn)人類認(rèn)知與智慧的同時(shí)，也極大地改變了我們的生活，推動(dòng)著社會(huì)的進(jìn)步。自1901年以來(lái)，一年一度頒發(fā)的諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)廣受矚目，它們授予的自然科學(xué)之重大發(fā)現(xiàn)和科學(xué)方法之重大發(fā)明，當(dāng)屬最高層次的創(chuàng)造性智慧，其獲獎(jiǎng)?wù)咭嗫胺Q人中翹楚、科學(xué)精英。從本期開始，“探索發(fā)現(xiàn)”欄目將陸續(xù)登載諾貝爾科學(xué)獎(jiǎng)得主的人生故事，敬請(qǐng)讀者朋友垂注。

距今整整63年前的那個(gè)春天，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克這兩個(gè)初出茅廬的年輕科學(xué)家構(gòu)建出DNA結(jié)構(gòu)模型，轟動(dòng)世界。這是20世紀(jì)下半葉最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，也是生物學(xué)自達(dá)爾文提出物種起源理論以來(lái)最重要的進(jìn)展。圍繞這一事件，有許許多多讓人意想不到的曲曲折折，也有頗多耐人尋味之處。

? 染色體（計(jì)算機(jī)模擬圖）

“突破”前夜的困惑

當(dāng)?shù)诙问澜绱髴?zhàn)臨近結(jié)束的時(shí)候，一門把生物學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)融合在一起，從分子水平上研究生命現(xiàn)象物質(zhì)基礎(chǔ)的學(xué)科—分子生物學(xué)，漸漸地有了一個(gè)雛形。

1944年，奧地利物理學(xué)家埃爾溫·薛定諤在《生命是什么？—活細(xì)胞的物理學(xué)觀》一書中，非常清楚地表達(dá)了一個(gè)信念：生命的基本特征就是能夠儲(chǔ)存和傳遞信息，亦即遺傳密碼能夠代代相傳。基因是活細(xì)胞的關(guān)鍵組成部分，要懂得什么是生命，就必須知道基因是如何發(fā)揮作用的。

生物學(xué)家將“承載遺傳信息的最小單位”稱為“基因”，可當(dāng)時(shí)沒(méi)人知道基因到底什么樣，它“寄存”在哪里？當(dāng)時(shí)，細(xì)胞核中的染色體已被證實(shí)在遺傳過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，它主要由脫氧核糖核酸（DNA）和蛋白質(zhì)組成，而染色體中蛋白質(zhì)要比DNA多一些。

此外，已通過(guò)細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證實(shí)：遠(yuǎn)不如蛋白質(zhì)來(lái)得復(fù)雜的DNA，實(shí)際上竟然是細(xì)胞中的一種遺傳物質(zhì)，它在決定遺傳性狀上扮演著主要角色。進(jìn)一步的研究表明：所有的生物都包含DNA分子，即儲(chǔ)存制造蛋白質(zhì)的遺傳指令分子。

這意味著，要解開基因本質(zhì)之謎—基因是由什么組成的？它們?cè)鯓泳_地復(fù)制？又如何控制（至少是影響）蛋白質(zhì)的合成？—就必須對(duì)DNA的化學(xué)及物理構(gòu)造有更多的了解。

兩個(gè)天才的相遇

1950年秋，22歲的“神童”詹姆斯·沃森從美國(guó)印第安納大學(xué)取得遺傳學(xué)博士學(xué)位后，拿到一筆研究獎(jiǎng)學(xué)金，去往哥本哈根大學(xué)，從事生物化學(xué)方面的研究工作。1951年春，他受邀到意大利那不勒斯參加一個(gè)有關(guān)生物大分子結(jié)構(gòu)的學(xué)術(shù)會(huì)議。在這次會(huì)議上，倫敦國(guó)王學(xué)院的物理學(xué)家莫里斯·威爾金斯展示了DNA的X射線衍射圖片。沃森看后深受啟發(fā)，意識(shí)到：假使基因能像一般化學(xué)物質(zhì)一樣被結(jié)晶出來(lái)，那就一定可以用通常的化學(xué)、物理方法測(cè)定其結(jié)構(gòu)。

那一瞬間，沃森突然對(duì)化學(xué)產(chǎn)生了很大的興趣，并且萌生了與威爾金斯進(jìn)行合作研究的念頭。幾個(gè)月后，沃森設(shè)法變更了自己的學(xué)習(xí)計(jì)劃，來(lái)到英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室，并在那里遇到了剛從物理學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)型、雖起步較晚但一心想在交叉學(xué)科上有所作為的生物學(xué)研究生弗朗西斯·克里克。

這兩個(gè)知識(shí)背景不同、相差12歲的年輕人一見(jiàn)如故，發(fā)現(xiàn)彼此的興趣、思維方式和行為做派都驚人的相似。他們很快就擦出了智慧的火花，決計(jì)攜手合作，以建模方式確定DNA結(jié)構(gòu)。

?詹姆斯·沃森

起初，這兩個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳、專業(yè)基礎(chǔ)也不甚牢靠的“闖關(guān)者”，對(duì)于能否斬獲成功并沒(méi)有什么把握。不過(guò)，他們?cè)敢狻百€”一把，拼一拼。

不錯(cuò)，像許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)一樣，DNA結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)也有多種可能的途徑。即便有些科學(xué)家有著相同的想法，但他們解決問(wèn)題的辦法卻可能各不相同，不同的方法決定了誰(shuí)將最先實(shí)現(xiàn)目標(biāo);而且，往往是誰(shuí)先發(fā)表了論文，誰(shuí)才能最終贏取發(fā)明、發(fā)現(xiàn)權(quán)。

一對(duì)冤家的糾結(jié)

這一時(shí)期，就在同一個(gè)倫敦城里，沃森與克里克最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、同處倫敦國(guó)王學(xué)院同一個(gè)研究小組的威爾金斯與羅沙琳德·富蘭克林，也在緊鑼密鼓地尋思、鼓搗DNA結(jié)構(gòu)，而且他們手中握有與之密切相關(guān)的獨(dú)門“利器”—X射線衍射裝置。

但是，與沃森與克里克這對(duì)心靈相通的“黃金搭檔”形成極大反差的是，威爾金斯與富蘭克林之間的關(guān)系勢(shì)同水火，幾乎到了不理不睬、惡語(yǔ)相向的地步。

DNA對(duì)富蘭克林而言，只是一種實(shí)驗(yàn)材料。1952年前后，她已通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，DNA根據(jù)水分含量的差別分A型和B型兩種形式存在。謹(jǐn)慎的天性使富蘭克林的工作進(jìn)展緩慢，她在不斷地完善DNA的X射線衍射圖譜，并獨(dú)自進(jìn)行數(shù)學(xué)解析。1952年5月，她終于獲取了一張極其重要的圖譜。遺憾的是，當(dāng)時(shí)她并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到這張圖譜的重要性。她始終也不敢相信DNA在任何情況下都會(huì)呈螺旋形，而是以為這種形狀只是特殊條件下出現(xiàn)的一種特殊情況。

在大洋彼岸的美國(guó)，化學(xué)界聲名顯赫的大人物、化學(xué)鍵理論的奠基人萊納斯·鮑林，是沃森與克里克更為強(qiáng)勁的一個(gè)對(duì)手。在人們心中，他是最有可能率先做出正確選擇、解決DNA結(jié)構(gòu)問(wèn)題的“大拿”。1953年1月中旬，一直在有意識(shí)地跟鮑林之子彼得套近乎的沃森，直截了當(dāng)?shù)叵蛩@位鐵哥們問(wèn)詢，他老爸最近在家信中可曾透露過(guò)什么研究新信息？半個(gè)月后，沃森與克里克從彼得手中拿到一份父親寄給他的關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的手稿，大吃一驚，心當(dāng)即就沉下來(lái)了。

此時(shí)，一場(chǎng)圍繞DNA結(jié)構(gòu)之謎而展開的激烈競(jìng)爭(zhēng)，已然到了白熱化的程度。

?富蘭克林

?DNA的X射線衍射圖譜

道破天機(jī)的圖片

可是，認(rèn)真讀罷鮑林手稿，沃森與克里克馬上就松了一口氣。原來(lái)，鮑林提出了一個(gè)以糖和磷酸骨架為中心的三鏈螺旋結(jié)構(gòu)，這恰恰是此前不久他們也曾設(shè)想過(guò)、但已被證實(shí)不對(duì)的玩意。鮑林誤入歧途了，并且還犯了“忘記化學(xué)基本常識(shí)”的錯(cuò)誤。

幾天之后，沃森面見(jiàn)富蘭克林，向她通報(bào)了鮑林模型之誤。富蘭克林的反應(yīng)令沃森感到十分奇怪。他們吵了起來(lái)，不歡而散。

隨后，沃森會(huì)見(jiàn)了威爾金斯，后者給他看了一些新的X射線照片，其中包括由富蘭克林拍攝、一直秘而不宣的一張DNA之B型X射線衍射照片?？吹胶笠粡堈掌瑫r(shí)，沃森“驚得下巴差點(diǎn)掉了下來(lái)”，“心跳也加快了”。很顯然DNA模型應(yīng)該是雙鏈，因?yàn)橹匾飳?duì)象都是成對(duì)出現(xiàn)的。威爾金斯此舉，富蘭克林毫不知情，后人評(píng)價(jià)：“如果這不是一次無(wú)私的為了科學(xué)進(jìn)步而分享信息的舉動(dòng)，那也應(yīng)該算是一次憤怒的報(bào)復(fù)行為。”

再說(shuō)，備受激勵(lì)的沃森與克里克隨即展開新一輪建模工作。廣攬信息所收獲的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)大大簡(jiǎn)化并推動(dòng)了他們的進(jìn)展：一是對(duì)含氮堿基結(jié)構(gòu)的更深了解，二是對(duì)這些堿基如何配對(duì)的深刻洞察。他們最終揭示出：DNA分子具有雙螺旋梯形結(jié)構(gòu)，每級(jí)梯級(jí)就是一個(gè)堿基對(duì)，堿基對(duì)的排列順序就代表了DNA中存貯的信息。他們撰寫的千字論文發(fā)表在1953年4月25日的《自然》雜志上。

一個(gè)新的時(shí)代開始了。

弗朗西斯·克里克簡(jiǎn)介

弗朗西斯·克里克（Francis Crick，1916-2004），英國(guó)生物學(xué)家、物理學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家。早年在倫敦大學(xué)學(xué)習(xí)物理，“二戰(zhàn)”爆發(fā)后到英國(guó)海軍部研究制造水雷，戰(zhàn)后進(jìn)入劍橋大學(xué)從事蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的研究。晚年的研究興趣轉(zhuǎn)向神經(jīng)科學(xué)，尤其是意識(shí)問(wèn)題的研究。著有《驚人的假說(shuō)：靈魂的科學(xué)探索》和《狂熱的追求：對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的個(gè)人見(jiàn)解》等。

詹姆斯·沃森簡(jiǎn)介

詹姆斯·沃森（James Watson，1928-），美國(guó)生物學(xué)家。早年在芝加哥大學(xué)、印第安納大學(xué)學(xué)習(xí)。1953年和弗朗西斯·克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。1962年與克里克、莫里斯·威爾金斯三人獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。他還是人類基因組計(jì)劃的倡導(dǎo)者和主持人。著有《基因的分子生物學(xué)》《DNA：生命的秘密》和《雙螺旋：發(fā)現(xiàn)DNA結(jié)構(gòu)的個(gè)人經(jīng)歷》等。

沃森和克里克童年趣事

沃森小時(shí)候異常聰明好學(xué)，他有一個(gè)口頭禪是“為什么？”，大人們簡(jiǎn)單的回答常常不能滿足他的要求。他通過(guò)閱讀《世界年鑒》記住了大量的知識(shí)，因此在參加的一次廣播節(jié)目比賽中獲得了“天才兒童”的稱號(hào)，并贏得100美元的獎(jiǎng)勵(lì)。

沃森用這筆錢買了一個(gè)雙筒望遠(yuǎn)鏡，專門用來(lái)觀鳥，這也是他和父親的共同愛(ài)好。他曾經(jīng)的理想，是能夠成為一名自然歷史博物館中鳥類館的館長(zhǎng)。

克里克小時(shí)候的家庭條件不錯(cuò)，但父母都沒(méi)有什么科學(xué)基礎(chǔ)，他對(duì)于周圍世界的知識(shí)，是從父母給他買的一套兒童百科全書獲得的。這一系列出版物在每一期中都包括藝術(shù)、科學(xué)、歷史、神話和文學(xué)等方面的內(nèi)容，并且十分有趣，克里克最感興趣的是科學(xué)。他吸取了各種知識(shí)，并為知道了超出日常經(jīng)驗(yàn)、出乎意料的答案而洋洋得意，自認(rèn)為是一塊做科學(xué)家的料。

“能夠發(fā)現(xiàn)自然的奧秘是多么了不起啊！我一定要成為一名科學(xué)家！”克里克常常想?？墒牵瑵u漸地憂慮也縈繞在他心頭：雖然未來(lái)看起來(lái)還很遙遠(yuǎn)，但等到我長(zhǎng)大后，會(huì)不會(huì)所有的東西都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了呢？少年克里克把他的這種擔(dān)心告訴了母親，一向看好他并深信他才能超群的母親向他保證說(shuō)：“別擔(dān)心！寶貝兒，還會(huì)剩下許多東西等著你去發(fā)現(xiàn)呢！”