失敗的刺激

勃布·古爾德斯坦因

我認識一位女科學家，她只要眼睛睜著就在做實驗，可以幾個星期不間斷。如果重大發現在即，她會變得更癡迷。在這種情況下，請你想想看，如果沒能爭得第一，被別人搶了先，那是什么滋味兒：幾個月甚至幾年的工作會變成完全多余，沒有價值。

我當科學家25年，雖然在重大發現上沒有落在別人后面，但是對這個現象非常感興趣：一個令你著迷的問題有了答案固然會讓你興奮，可是有人先你一步公布答案又會把你氣死。

有這樣一個著名的案例，即1961年對基因代碼DNA語言的解讀。20世紀最輝煌的兩位遺傳學家西德尼·布倫納和弗朗西斯·克里克從1953年就開始研究這個問題，但在1961年，一個不大有人認識的美國生化學家先發制人，搶先公布了他的研究成果。

2010年，檔案管理員公布了布倫納的信件和實驗筆記，里面還夾著克里克丟失的論文。從這些信件和當時他們的舉動中，我敢說自己看到了他們對這一劃時代的發現被搶先公布做出的反應：他們非常激動。

或者至少看上去如此。我去找過布倫納，問過他。

想找到布倫納可不容易。他在新加坡、日本的沖繩、美國的弗吉尼亞和加利福尼亞都有實驗室，而且還經常旅行。我在圣地亞哥找到他的一位管理助手，終于聯系到他。還算幸運，十來天后我們都要在英格蘭停留一天。

我找到他家，門廊很矮，我得彎腰低頭才能進去。布倫納已88歲高齡，是唯一在世的分子生物學奠基人。他有著濃濃的眉毛，笑起來就像圣誕老人。因為年事已高，他的行動比較遲緩，但是他的思維很敏捷。我很高興能夠再次拜讀他于20世紀五六十年代發表的研究文章，以便聽懂他說的內容。

我們坐在一間很小但明亮的屋子里，里面到處都是物。布倫納的腳敲擊著地面，開始跟我講他最初解碼的事。典型的蛋白質由幾百個氨基酸組成，相互之間的連接就像一串珠子：珠子有20多種，有些相互緊挨著，有些貼著水，因此每一串珠子在水中自然折疊成一種形狀，構成生命機器的零件。有些蛋白質看上去像一根根細小的棒子和杠桿，它們工作起來也像棒子、杠桿以及相互咬合的磚塊和齒輪。

布倫納告訴我，在20世紀50年代以前，許多科學家認為“蛋白質是模糊的聚合物”，只不過是不同形狀的珠子，不斷重復，沒有確定的序列。但是到了1953年，人們發現蛋白質有確定的序列，DNA似乎是一種密碼，由A、T、G、C四個字母組成，DNA里的每個基因似乎是正確組合蛋白質的一組指令。因此，出現了一個很重要的問題：它們是怎么組合起來的？

DNA編碼的這4個字母顯然不是每個字母只代表一種氨基酸，因為那樣的話，編碼不會超過4個，而實際上有20個;如果是兩個一組，即AT、AG、AC、TA等，就有16種組合，也不夠;如果是三個字母一組，就會有64種組合，又多于20種。因此，DNA里最小的詞可能是三個字母，但也有可能是四個或更多。

現在，讓我們看一下胰島素這個蛋白質的編碼有多復雜。我們知道胰島素的DNA序列是這個樣子的：

即使是現在，解讀DNA到蛋白質的編碼仍然是一個巨大的挑戰。而在1953年，盡管沒有人知道這個DNA序列，還是在努力嘗試破解這個密碼。理論物理學家喬治·伽莫夫提出，每個氨基酸珠子可能正好被卡在DNA雙螺旋之間鉆石形狀的空間內。他認為DNA可能是一種按照正確順序串珠的物理模板，就像一排栓孔一樣，可以插入不同形狀的釘子，而且DNA的4個字母正好圈定20個這樣的孔。

布倫納和克里克都沒有想到伽莫夫的編碼行得通，“因為首先他是在雙向解讀，可是DNA只有一個方向，這一點伽莫夫或是忽略了或是不理解”。到了1956年9月，布倫納發現伽莫夫的編碼使得有些氨基酸不能毗鄰，因此不可能正確。

伽莫夫的編碼雖然不正確，但他的想法啟發了布倫納和克里克。伽莫夫思考問題的方式就像個密碼員，他想的是信息和代碼，這對當時的生命科學家來說是新玩意兒。布倫納說：“當時研究蛋白質的數百位生化學家都只對一個問題感興趣，即肽鍵的能量是從哪里獲得的。”布倫納和克里克受到伽莫夫的啟發，開始按照信息傳送的方式來思考。

這個思路引出一些聰明的想法。1957年2月，克里克提出“我們體內解讀DNA的機器可能知道DNA序列中的每個詞在哪里結束，下一個詞從哪里開始”的觀點，比如“Theboyatepieandham”這類由三聯字母的單詞組成的句子，即使沒有間隔或標點符號我們也能解讀，其原因不只是它包含有意義的單詞，還因為如果我們的起點不對，就沒有哪三個字母能組成有意義的單詞。克里克提出，在DNA編碼里可能也存在特殊意義的單詞，就是它們規定了生產蛋白質的機器的讀碼框架。

1958年，布倫納看到了一位同事對DNA病毒的研究結果，茅塞頓開，猜測一種被稱為原黃素的氮蒽色素可能引起DNA中單個字母的增刪，這樣就可以從框架中讀出DNA來。他與克里克一起開始在培養皿中培養DNA病毒。如果DNA病毒中的蛋白質正常而且DNA中的變化未能使產生的蛋白質失去性能，它們就會感染細菌，在菌苔上留下典型大小的孔洞。布倫納告訴我：“能從這些孔洞來預測DNA內部的結構情況，簡直太不可思議了。”

布倫納和克里克組合了突變體，結果發現誘發染色的突變體多數會受到其他誘發染色的突變體的抑制。他們推測，該染色有時會增刪一個字母，他們把這樣的變化稱為“+”和“-”。“+”和“-”的結合常常使病毒恢復正常，就像通過在同一序列中得到或失去一個字母從而恢復正常的讀碼框架一樣;而“+”與“+”、“-”與“-”的結合絕對不會那樣。

這些結果是有意義的。如果他們的理論正確，那么布倫納和克里克就步入了通向最終解碼的正確軌道。經過8年的努力，雖然他們仍無法解讀DNA中的單個字母，但似乎至少能夠通過可預見的方式改變字母。布倫納夜以繼日地工作，克里克雖然很少做實驗，但也為此絞盡腦汁。

然后，令人意想不到的事發生了。

1961年8月，5000多位科學家齊聚莫斯科，參加一個為期5天的生物化學國際研討會。會議進行2天后，克里克的一位名叫馬特·梅塞爾森的朋友告訴他一個消息：基因碼的第一個詞（密碼子）被別人解開了。美國生化學家馬歇爾·尼倫伯格提交了報告，說他把單個重復的字母置于制造蛋白質的體系中時，產生了一個由該氨基酸的某個重復單位組成的蛋白質。首個密碼子被解決，而且在不久后，尼倫伯格的方法會解開整個編碼。

我總喜歡想象如果我是克里克會怎么辦。尼倫伯格是受好奇心驅使的一個人，他的研究結果是特大新聞：人們長期探尋的答案很快就有了，基因編碼會被解開。可是對一個想以自己的名字為發現命名的人來說，這個新聞實在是壞得不能再壞了。克里克和布倫納近十年的研究將變為多此一舉。

我相信，自己遇到這種情況時的反應會很體面。我不會為了自己把尼倫伯格的發現說成一文不值，為了“證明”它不能令人信服生編硬造一些理由;我也不會返回自己的實驗室，加快研究速度以便盡早發表自己的成果。但是，克里克的反應更為不同尋常，值得我們效仿。在克里克主持的一個大型會議上，他請尼倫伯格當著1000多人的面再宣布一次研究結果。當尼倫伯格講完時，克里克感情充沛地上前擁抱了尼倫伯格。我試著想象兩個同時代的人在會議室里自發地擁抱，尤其當一位是遺傳學家，另外一位是生化學家時。生化學家瑪克辛·辛格曾給尼倫伯格提供過實驗所需的RNA，他告訴我說，“生化學家和遺傳學家是有嫌隙的”。

莫斯科會議之后不久，克里克和布倫納做出了一項重要貢獻。當時，他們知道在病毒DNA里增刪一兩個字母會使產生的蛋白質失去作用。但當他們增刪三個字母時，發現蛋白質的作用恢復了。這個結果暗示，DNA編碼是由三個字母組成的詞合成的。這在當時也是解開密碼的一個重要組成部分。

尼倫伯格及其同事完成的解碼工作的積極性無論怎樣講也不夸張，因為現代生物學的多數重大進步都依賴它。我自己的實驗室也天天都在用它。對分子生物學家來說，它是所有未來發現的基礎。當然，尼倫伯格是在前人的基礎上完成這一工作的，而且許多其他科學家，包括布倫納和克里克，也通過其他重大發現對他的結果進行了提煉和升華。那些沒能來得及公布自己研究結果的人也得到了激勵，按照布倫納的說法，“我們可以騰出手來研究更為重要的問題”。

現在，我們在很多時候也會面對同樣的問題。在我看來，克里克與布倫納的反應就是一個很好的榜樣。我想，對所有科學家來說也都一樣，就像臨別時布倫納給我的忠告：“做最好的實驗，永遠說實話。就這樣。”