DNA心計

距今整整60年前的那個春天，兩位年輕的科學家構建出DNA結構模型，轟動世界。這是20世紀下半葉最重要的科學發現，也是生物學自達爾文提出物種起源理論以來最重要的進展。

21世紀可以說是基因的世紀，基因專利的商業價值也日益突顯。此時回望60年前的那段歷史，有許許多多讓人意想不到的曲曲折折。

這當中，科學家群體的雄心、競爭和心計展露無遺，而沃森和克里克這兩個初出茅廬的無名之輩，如何異想天開地“站在巨人的腳趾上”，于激烈的“科學競賽”中擊敗那些功底深厚、學識淵博的名流大腕，也有頗多耐人尋味之處。

這當中，還有一個極富爭議的話題：沃森和克里克解開DNA結構的關鍵線索，是女科學家富蘭克林所拍攝的一張DNA晶體衍射圖片，然而，它卻是在其生前并不知情的情況下被“盜用”的。

“突破”前夜的困惑

當第二次世界大戰臨近結束的時候，一門把生物學、化學和物理學融合在一起，從分子水平上研究生命現象物質基礎的學科——分子生物學，漸漸地有了一個雛形。1944年，奧地利物理學家埃爾溫·薛定諤在《什么是生命？》一書中，非常清楚地表達了一個信念：生命的基本特征就是能夠儲存和傳遞信息，亦即遺傳密碼能夠代代相傳。基因是活細胞的關鍵組成部分，要懂得什么是生命，就必須知道基因是如何發揮作用的。他還認為，遺傳密碼必須由分子來“書寫”，因為只有這樣才能將復雜而緊湊的信息“裝進”小小的細胞里。

生物學家將“承載遺傳信息的最小單位”稱為“基因”，可當時沒人知道基因到底什么樣，它“寄存”在哪里？人們普遍認為基因是一種特殊類型的蛋白質分子。此前，細胞核中的染色體已被證實在遺傳過程中起到關鍵作用，它主要由脫氧核糖核酸（DNA）和蛋白質組成，而染色體中蛋白質要比DNA多一些。問題是，基因必須在每次細胞分裂中精確地復制自身，可沒有任何蛋白質的結構能說明它們可以進行這個過程，而且也沒能解釋分子如何攜帶遺傳信息，以及這種信息是如何在分子水平上進行復制的。

1944年，美國生物學家奧斯沃德·艾弗里及其同事通過細菌轉化實驗證實：遠不如蛋白質來得復雜的DNA在決定遺傳性狀上扮演著主要角色。進一步的研究表明：所有的生物都包含DNA分子，即儲存制造蛋白質的遺傳指令分子。

這意味著，要解開基因本質之謎——基因是由什么組成的？它們怎樣精確地復制？又如何控制（至少是影響）蛋白質的合成？——就必須對DNA的化學及物理構造有更多的了解。也就是說，人們所要探究的首要目標，是完整的DNA分子內部的精細結構。

兩個天才的相遇

1950年秋，22歲的“神童”詹姆斯·沃森從美國印第安納大學取得遺傳學博士學位后，拿到一筆研究獎學金，去往哥本哈根大學，從事生物化學方面的研究工作，夢想著有朝一日大功告成、一舉成名。然而，在丹麥，乏味而又不得要領的學術生活令沃森十分郁悶。1951年春，他受邀到意大利那不勒斯參加一個有關生物大分子結構的學術會議。在這次會議上，倫敦國王學院的物理學家莫里斯·威爾金斯展示了DNA的X射線衍射圖片。沃森看后深受啟發，意識到：假使基因能像一般化學物質一樣被結晶出來，那就一定可以用通常的化學、物理方法測定其結構。

那一瞬間，沃森突然對化學產生了很大的興趣，并且萌生了與威爾金斯進行合作研究的念頭。為此他甚至，要撮合自己的妹妹與威爾金斯交好，但古板的威爾金斯并沒有“落入圈套”。幾個月后，沃森設法變更了自己的學習計劃，來到英國劍橋大學卡文迪什實驗室，并在那里遇到了剛從物理學領域轉型、雖起步較晚但一心想在交叉學科上有所作為的生物學研究生弗朗西斯·克里克。

這兩個知識背景不同、相差12歲的年輕人一見如故，發現彼此的興趣、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，決計攜手合作，以建模方式確定DNA結構。

起初，這兩個名不見經傳的“闖關者”，對于能否斬獲成功并沒有什么把握。不過，他們愿意“賭”一把。

像許多科學發現一樣，DNA結構的發現也有多種可能的途徑。即便有些科學家有著相同的想法，但他們解決問題的辦法卻可能各不相同，不同的方法決定了誰將最先實現目標；而且，往往是誰先發表了論文，誰才能最終贏取發明、發現權——榮譽和成功只“賜”給冠軍。當中的“時差”，有時極短。這也正是“科學競賽”的殘酷之處。

一對冤家的糾結

這一時期，就在同一個倫敦城里，沃森與克里克最大的競爭對手、同處倫敦國王學院同一個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結構，而且他們手中握有與之密切相關的獨門“利器”——X射線衍射裝置。

但是，與沃森與克里克這對心靈相通的“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系勢同水火。有著劍橋大學物理化學博士學位的富蘭克林是個獨立、好強的女子，在當年對女科學家心懷偏見甚至敵意的環境中，她一直堅持不懈地進行自己的研究，不甘受到威爾金斯的“領導”和鉗制。

DNA對富蘭克林而言，只是一種實驗材料。1952年前后，她已通過實驗證明，DNA根據水分含量的差別分A型和B型兩種形式存在。謹慎的天性使富蘭克林的工作進展緩慢，她在不斷地完善DNA的X射線衍射圖譜，并獨自進行數學解析。1952年5月，她終于獲取了一張極其重要的圖譜。遺憾的是，當時她并沒有認識到這張圖譜的重要性。她始終也不敢相信DNA在任何情況下都會呈螺旋形，而是以為這種形狀只是特殊條件下出現的一個特殊情況。

在大洋彼岸的美國，化學界聲名顯赫的大人物、化學鍵理論的奠基人萊納斯·鮑林，是沃森與克里克更為強勁的一個對手。當時幾乎沒有人懷疑，他是最有可能率先做出正確選擇、解決DNA結構問題的“大拿”。1953年1月，一直在有意識地跟鮑林之子彼得套近乎的沃森，直截了當地向他這位鐵哥們問詢，其父最近在家信中可曾透露過什么？半個月后，沃森與克里克從彼得手中拿到一份父親寄給他的關于DNA結構的手稿，大吃一驚，心當即就沉下來了。

此時，一場圍繞DNA結構之謎而展開的激烈競爭，到了白熱化的程度。

道破天機的圖片

可是，認真讀罷鮑林手稿，沃森與克里克馬上就松了一口氣。原來，鮑林提出了一個以糖和磷酸骨架為中心的三鏈螺旋結構，這恰恰是此前不久他們也曾設想過、但已被證實不對的玩意。鮑林誤入歧途了，并且還犯了“忘記化學基本常識”的錯誤。“那天連續幾個小時的激動，使我們無法繼續工作下去。”當晚哥倆來到他們常去的一個酒館，“坐下來為鮑林的失敗干了幾杯”。

但他們很快又意識到，一旦鮑林覺察到自己的失誤，必定會不停地研究下去，一直到搞出正確的結構為止。所以，大西洋這邊的人再也不能浪費時間了。

幾天之后，沃森面見富蘭克林，向她通報了鮑林模型之誤。富蘭克林的反應令沃森感到十分奇怪。她毫不客氣地指出，無論是鮑林或其他什么人，都沒有任何證據認為DNA是螺旋結構。他們吵了起來，不歡而散。

隨后，沃森會見了威爾金斯，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。看到后一張照片時，沃森“驚得下巴差點掉了下來”，“心跳也加快了”。很顯然DNA模型應該是雙鏈，因為重要生物對象都是成對出現的。威爾金斯此舉，富蘭克林毫不知情，后人評價：“如果這不是一次無私的為了科學進步而分享信息的舉動，那也應該算是一次憤怒的報復行為。”

再說，備受激勵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關鍵點大大簡化并推動了他們的進展：一是對含氮堿基結構的更深了解，二是對這些堿基如何配對的深刻洞察。他們最終揭示出：DNA分子具有雙螺旋梯形結構，每級梯級就是一個堿基對，堿基對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表在1953年4月25日的《自然》雜志上。

一個新的時代開始了。

（作者為中國科普作家協會常務理事）