1947年,劍橋大學(xué)迎來(lái)了一個(gè)年輕人,他的名字叫作弗朗西斯·克里克。
31歲的克里克原本在倫敦大學(xué)學(xué)習(xí)物理,第二次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)使他被迫中斷攻讀博士的學(xué)業(yè),被調(diào)到了隸屬于軍隊(duì)的某個(gè)研究部門(mén)研究水雷。然而,隨著二戰(zhàn)落幕,克里克失業(yè)了,好在英國(guó)政府推薦他到劍橋大學(xué)重新開(kāi)始自己的求學(xué)之路。
可是應(yīng)該再去研究什么呢?
正在糾結(jié)這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候,著名物理學(xué)家薛定諤寫(xiě)的《生命是什么》進(jìn)入了他的視野。在《生命是什么》中,薛定諤根據(jù)自己在量子力學(xué)領(lǐng)域的探索,類(lèi)比性地預(yù)測(cè)了生命的一些“應(yīng)該有的”特征。同是研究物理學(xué)出身的克里克對(duì)此大為贊同,但對(duì)他而言,影響最為深遠(yuǎn)的是書(shū)里面的一句話:20世紀(jì)是生命科學(xué)的世紀(jì)。
這句話成了克里克轉(zhuǎn)向生命科學(xué)領(lǐng)域的最重要的信條,促使他在劍橋大學(xué)選修了不少生命科學(xué)的課程。
1951年,23歲的年輕遺傳學(xué)家詹姆斯·沃森從美國(guó)到劍橋大學(xué)做博士后時(shí),就在尋找合伙人。沃森的目標(biāo)是破解承載著遺傳信息的生物大分子——DNA的分子結(jié)構(gòu)。在那個(gè)時(shí)代,人們已經(jīng)通過(guò)化學(xué)方法知道,DNA由無(wú)數(shù)被稱(chēng)為脫氧核苷酸的小分子聚合而成,而每個(gè)脫氧核苷酸都是由一份磷酸、一份脫氧核糖和一份含氮堿基構(gòu)成的。這個(gè)含氮堿基有4種可能性:腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。但是這些化學(xué)零部件具體是怎么合成這種大分子的,則是眾多科學(xué)家要研究的關(guān)鍵。
與此同時(shí),DNA的重要性日益浮現(xiàn)。許多實(shí)驗(yàn)間接證明,DNA是編碼生命底層代碼的物質(zhì)。但是DNA代碼的復(fù)雜程度遠(yuǎn)超我們的想象。
當(dāng)時(shí),沃森與克里克兩人一拍即合,決心要將此作為自己一戰(zhàn)成名的契機(jī)。只是他們忽略了一件事,他倆都不是這個(gè)專(zhuān)業(yè)的,沃森本來(lái)是搞病毒的,克里克本來(lái)是搞物理的,兩個(gè)人都是“門(mén)外漢”。
更糟心的是,他們的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是當(dāng)時(shí)世界排名第一的美國(guó)結(jié)構(gòu)生物學(xué)家——萊納斯·卡爾·鮑林。
鮑林曾經(jīng)破解過(guò)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可比DNA復(fù)雜多了。因此,有著豐富經(jīng)驗(yàn)的鮑林要破解DNA結(jié)構(gòu),只是時(shí)間問(wèn)題。
為了戰(zhàn)勝這個(gè)強(qiáng)大的對(duì)手,克里克和沃森找來(lái)了莫里斯·威爾金斯。威爾金斯的專(zhuān)業(yè)是做X射線衍射,這在當(dāng)時(shí)幾乎是破解生物大分子結(jié)構(gòu)的唯一手段。
此時(shí)的鮑林沒(méi)把破解DNA結(jié)構(gòu)放在心上,畢竟自己在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域早就無(wú)敵了?;趯?duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)理解的慣性思維,他一直認(rèn)定DNA是一種三螺旋或者四螺旋結(jié)構(gòu)?,F(xiàn)在我們當(dāng)然知道,DNA應(yīng)該是雙螺旋結(jié)構(gòu),外側(cè)是磷酸骨架,內(nèi)側(cè)的堿基互補(bǔ)配對(duì)。鮑林犯的更嚴(yán)重的錯(cuò)誤是,在他的模型當(dāng)中,DNA的磷酸骨架位于DNA鏈的內(nèi)部,而堿基則叉在外部。磷酸基團(tuán)帶有非常多的負(fù)電荷,3股多聚磷酸鏈擰到一起,彼此會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的電荷斥力,足以讓DNA模型當(dāng)場(chǎng)散架。
在那個(gè)年代,一般的年輕科學(xué)家不敢質(zhì)疑鮑林,這也誤導(dǎo)了沃森和克里克。他們想在鮑林的DNA三螺旋結(jié)構(gòu)上尋求突破卻不得其解。然而真正的創(chuàng)新者必須破除迷信,敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)。
有一天,兩人看到了當(dāng)時(shí)在科學(xué)界存在感很低的埃爾文·查戈夫的一篇論文,這篇論文看上去平淡無(wú)奇,實(shí)驗(yàn)做得也很粗糙。唯一值得贊許的地方是他的實(shí)驗(yàn)?zāi)依俗匀唤缃^大多數(shù)類(lèi)群的生物,算是揭示出了DNA的一個(gè)普適特征。論文中提出了一條非常關(guān)鍵的證據(jù),即在DNA當(dāng)中,腺嘌呤與胸腺嘧啶含量相同,而鳥(niǎo)嘌呤則與胞嘧啶含量相同?;诖?,沃森和克里克馬上想到,從分子大小的角度來(lái)說(shuō),腺嘌呤與胸腺嘧啶的長(zhǎng)度之和,幾乎等于鳥(niǎo)嘌呤與胞嘧啶的長(zhǎng)度之和。這隱約揭示出DNA的結(jié)構(gòu)很可能是雙螺旋的,甚至連堿基互補(bǔ)配對(duì)原則都呼之欲出了。
沃森和克里克決定試試雙螺旋的可能性。結(jié)果他們的工作一下突飛猛進(jìn),雙螺旋的模型在化學(xué)理論層面居然順暢得不可思議,剩下的僅僅是其中一些具體的理論參數(shù)還需要現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)算。
但他們的外援威爾金斯對(duì)DNA的結(jié)構(gòu)不感興趣,做了幾次不太成功的實(shí)驗(yàn)以后就沒(méi)再干過(guò)。此時(shí),威爾金斯的一位女同事羅莎琳德·富蘭克林,給了沃森與克里克最關(guān)鍵的助攻。
差不多在沃森與克里克在理論上推導(dǎo)DNA結(jié)構(gòu)的同時(shí),富蘭克林就已經(jīng)開(kāi)始利用實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的目的?;蛟S是受那個(gè)時(shí)代女性社會(huì)地位低的影響,富蘭克林出于某種自我保護(hù)機(jī)制,早些時(shí)候與沃森、克里克和威爾金斯關(guān)系緊張。
1952年,富蘭克林拍出了那張意義深遠(yuǎn)的DNA分子X(jué)射線衍射圖。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),你可以理解為這是一張DNA雙螺旋的正面照。根據(jù)相關(guān)公式,就可以利用條紋的間距計(jì)算出DNA雙螺旋的直徑、堿基之間的距離等參數(shù),為沃森與克里克的模型提供了最核心的數(shù)據(jù)。如果說(shuō)之前查戈夫的論文還只是一個(gè)指導(dǎo)性的攻略,那么這張照片基本上就相當(dāng)于在公布正確答案了!
富蘭克林所屬的研究機(jī)構(gòu)沒(méi)有在第一時(shí)間通知沃森等人,反而邀請(qǐng)遠(yuǎn)在美國(guó)的鮑林過(guò)來(lái)欣賞這張DNA的高清大圖。
就在鮑林準(zhǔn)備親自飛往英國(guó)去觀看這張傳奇圖片時(shí),他卻被人攔了下來(lái)。不許他出國(guó)的不是別人,正是美國(guó)政府。
為什么美國(guó)政府會(huì)禁止鮑林這樣的大科學(xué)家出國(guó)呢?這還得從之前鮑林獲得諾貝爾獎(jiǎng)?wù)f起。他先后獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)和諾貝爾和平獎(jiǎng)。因?yàn)樗L(zhǎng)期以來(lái)一直致力于反對(duì)美國(guó)的核試驗(yàn),得罪了不少美國(guó)的權(quán)勢(shì)人物,這些人到處游說(shuō)鮑林可能是蘇聯(lián)的間諜。在這樣的環(huán)境下,幾句讒言讓鮑林成為“有問(wèn)題的人物”而被沒(méi)收護(hù)照。
這樣一來(lái)機(jī)會(huì)又落到了沃森和克里克身上,沒(méi)過(guò)多久,沃森和克里克就發(fā)表論文,宣布他們破解了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)。
1962年,因?yàn)槠平釪NA的雙螺旋結(jié)構(gòu),沃森、克里克和威爾金斯一起獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。在那篇論文的最后,克里克寫(xiě)下了一句話:DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)或許揭示出了DNA復(fù)制的生物學(xué)機(jī)制。這句話最終開(kāi)啟了生命科學(xué)新的時(shí)代。
延伸科普
在獲得諾貝爾獎(jiǎng)以后,克里克依然繼續(xù)研究DNA的秘密。他與喬治·伽莫夫共同組建了“RNA領(lǐng)帶俱樂(lè)部”(RNA Tie Club),與其他科學(xué)家合作破解了DNA編碼蛋白質(zhì)的“中心法則”。當(dāng)對(duì)DNA的研究達(dá)到他那個(gè)時(shí)代的技術(shù)瓶頸后,克里克又轉(zhuǎn)而投身到神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中,稱(chēng)得上是一位各方面都非常偉大的科學(xué)家了。
但相比之下,沃森和鮑林就比較一言難盡,沃森得到諾貝爾獎(jiǎng)以后在美國(guó)獲得了高官厚祿,卻再也沒(méi)有做出什么特別重大的科研突破,反而在晚年開(kāi)始不斷發(fā)表種族主義言論,最終被剝奪職務(wù)。而鮑林則是從20世紀(jì)六七十年代開(kāi)始宣稱(chēng)維生素C可以治療感冒乃至癌癥。受他影響,大量歐美民眾放棄正規(guī)治療,試圖通過(guò)吃維生素C來(lái)治病,間接導(dǎo)致了大量患者死亡。
(摘自科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社《不可思議的科學(xué)史:一讀就上癮的生命科學(xué)簡(jiǎn)史》)