四個書呆子是如何發現DNA雙螺旋結構的 四個書呆子是如何發現DNA雙螺旋結構的

四個書呆子是如何發現DNA雙螺旋結構的

四個書呆子是如何發現DNA雙螺旋結構的
法蘭西斯·克里克於1953年寫給他兒子的信
法蘭西斯·克里克於1953年寫給他兒子的信,佳士得拍賣行透過io9網站發布

華萊士·克勞德所著的《DNA:生命的訊號》(節錄自下文)原刊於1963年5月的《大眾科學》雜誌。弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森於1953年4月25日首次描述了DNA的雙螺旋結構。 ——編者註

去年 12 月,一位美國生物學家和兩位英國物理學家因 10 年前的一項發現而獲得正式認可,榮獲諾貝爾獎——這項發現引發了生物學領域的連鎖反應。

他們確定了一種分子的結構,從而解答了科學家們一個多世紀以來一直在提出的問題:

• 心肌是如何「知道」如何跳動的?
• 腦細胞是如何「知道」如何在思考和感受中發揮作用的?
• 人體細胞是如何「知道」如何生長、繁殖、癒合傷口、抵抗疾病的?
• 傳染性細菌是如何「知道」要引起哪些疾病的?
• 大多數的自然生物都是由單一受精卵發育而來,那麼這些受精卵是如何「知道」如何發育成植物、動物和人類呢?
• 如果一個這樣的細胞要增生並形成一個人,它怎麼「知道」如何產生一個潛在的愛因斯坦或瑪麗蓮夢露呢?

基因的組成物質

聽起來對一種分子來說責任重大——即便它的名字像脫氧核糖核酸(更廣為人知的名稱是DNA)一樣拗口。但科學事實是,DNA是基因的組成材料。 DNA分子提供指導所有生物(除少數病毒外)生命過程的基本指令。 DNA分子以化學密碼的形式儲存訊息──這就是生命的密碼。

DNA結構的發現被譽為「一場革命,其潛在意義遠超原子彈或氫彈」。諾貝爾基金會主席阿恩·蒂塞利烏斯教授表示,它「將導致人們能夠篡改生命、製造新疾病、控制思想、影響遺傳——甚至可能朝著某些預期的方向發展」。

我向諾貝爾獎三位獲獎者中的美國成員詹姆斯·D·沃森博士詢問了他在哈佛大學實驗室的這些推測。幾週後,他與劍橋大學的弗朗西斯·H·C·克里克博士和倫敦國王學院的莫里斯·H·F·威爾金斯博士一起飛往斯德哥爾摩領取了該獎項。
DNA結構的發現與原子結構的解析一樣重要,而原子結構的解析最終促成了原子彈的發展。

這位34歲、略顯稚氣的諾貝爾獎得主,25歲時在英國完成了獲獎研究(他15歲就上了大學,此前還曾是廣播時代的知識競賽節目主持人),他拒絕認同那些關於DNA研究未來的大膽預測。他說:“普通科學家在忙於研究時,目光通常只停留在一小時到兩年之內,不會更遠。”

他承認,DNA結構的發現與原子結構的解析(最終研製出原子彈)同樣重要,並補充說:“它將對醫學產生深遠而緩慢的影響。醫生們將不再做愚蠢的事情。我們對DNA的了解雖然不能治癒疾病,但它提供了一種新的方法——告訴我們應該如何看待疾病。”

莫里斯·H·F·威爾金斯拍攝了至關重要的DNA X光照片。
莫里斯·H·F·威爾金斯拍攝了DNA的重要X射線照片(維基共享資源)

沃森博士接著解釋了他和他的同事在 1953 年於英國進行的那些充滿靈感的腦力工作中究竟發現了什麼,以及他們是如何發現的。

他說,這項發現並非一個充滿技術人員的研究所的成果,而是四個人的智慧結晶:他和克里克負責理論研究,解讀威爾金斯拍攝的晦澀難懂的X射線衍射照片。威爾金斯的合作者是一位英國女科學家羅莎琳德富蘭克林博士。她於1958年去世。沃森博士說,她「本應」分享諾貝爾獎。

繼續這個話題

DNA並非新發現的物質。它早在1869年就被分離出來,到1944年,遺傳學家們確信它是基因——染色體上遺傳訊息的載體——的組成物質。然後他們開始探究:「它是如何運作的?」華生和他的諾貝爾獎共同得主們正是解答了這個問題。
他們知道DNA是人類已知的最複雜的「巨型分子」之一。

他們認識到DNA是人類已知的最複雜的「巨型分子」之一。人們認為它具有長長的鏈狀結構,由重複的原子團組成,側鏈以規則的間隔伸出。

DNA分子的形狀至關重要。在細胞中,許多較大的分子像機器零件一樣協同工作,它們的機械特性與化學活性同樣重要。然而,即使是能夠觀察到一些最大分子的電子顯微鏡,也只能將DNA顯示為一條細線,而無法呈現細節。一種「觀察」分子的方法是利用化學方法將其分解,從而將大分子轉化為小分子。就DNA而言,其組成部分——六種亞分子單元——已被鑑定。現在需要弄清楚的是,這些「拼圖」是如何拼合在一起的。

故事的其餘部分刊登在1963年5月的《大眾科學》雜誌