DNA和發現者們

我父親搬到北京中關村後，我那時還在上大學。周末回來總見到街頭立着個DNA螺旋體模型。我是個科盲，對脫氧核糖核酸的破譯的意義一無所知。知道其一點點皮毛後知曉，那玩意兒處於一個極其微觀的世界裡，肉眼無法看到，是細胞核里的什麼“精怪”；富有靈感的科學家們用普通人難以懂得的技術將其顯現出來；中關村大街上的DNA螺旋體模型就是那模模糊糊有關照片上的影子。

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1953年，沃森和克里克發現了DNA雙螺旋的結構，開啟了分子生物學時代，使遺傳的研究深入到分子層次，“生命之謎”被打開，人們清楚地了解遺傳信息的構成和傳遞的途徑。在以後的近50年裡，分子遺傳學、分子免疫學、細胞生物學等新學科如雨後春筍般出現，一個又一個生命的奧秘從分子角度得到了更清晰的闡明，DNA重組技術更是為利用生物工程手段的研究和應用開闢了廣闊的前景。

1953年2月，沃森、克里克通過維爾金斯看到了富蘭克林在1951年11月拍攝的一張十分漂亮的DNA晶體X射線衍射照片，這一下激發了他們的靈感。他們不僅確認了DNA一定是螺旋結構，而且分析得出了螺旋參數。他們採用了富蘭克琳和威爾金斯的判斷，並加以補充：磷酸根在螺旋的外側構成兩條多核苷酸鏈的骨架，方向相反；鹼基在螺旋內側，兩兩對應。一連幾天，沃森、克里克在他們的辦公室里興高采烈地用鐵皮和鐵絲搭建着模型。1953年2月28日，第一個DNA雙螺旋結構的分子模型終於誕生了。

雙螺旋模型的意義，不僅意味着探明了DNA分子的結構，更重要的是它還提示了DNA的複製機制。那兩條鏈的鹼基順序是彼此互補的。克里克從一開始就堅持要求在發表的論文中加上“DNA的特定配對原則，立即使人聯想到遺傳物質可能有的複製機制”這句話。他認為，如果沒有這句話，將意味着他與沃森“缺乏洞察力，以致不能看出這一點來”。

羅莎琳·富蘭克林（Rosalind Franklin 1920～1958）拍攝到的DNA晶體照片，為雙螺旋結構的建立起到了決定性作用。但“科學玫瑰”沒等到分享榮耀，在研究成果被承認之前就已凋謝（因病去世）。Franklin生於倫敦一個富有的猶太人家庭，15歲就立志要當科學家，但父親並不支持她這樣做。她早年畢業於劍橋大學，專業是物理化學。1945年，當獲得博士學位之後，她前往法國學習X射線衍射技術。她深受法國同事的喜愛，有人評價她“從來沒有見到法語講得這麼好的外國人。”

1951年，她回到英國，在劍橋大學國王學院取得了一個職位。那時人們已經知道了脫氧核糖核酸（DNA）可能是遺傳物質，但是對於DNA的結構，以及它如何在生命活動中發揮作用的機制還不甚了解。就在這時，Franklin加入了研究DNA結構的行列，然而當時的環境相當不友善。她開始負責實驗室的DNA項目時，有好幾個月沒有人幹活。當時的劍橋，對女科學家的歧視處處存在，女性甚至不被准許在高級休息室里用午餐。她們無形中被排除在科學家間的聯繫網絡之外，而這種聯繫對了解新的研究動態、交換新理念、觸發靈感極為重要。

Franklin在法國學習的X射線衍射技術在研究中派上了用場。X射線是波長非常短的電磁波。醫生通常用它來透視人體，而物理學家用它來分析晶體的結構。當X射線穿過晶體之後，會形成樣一種特定的明暗交替的衍射圖形。不同的晶體產生不同的衍射圖樣，仔細分析這種圖形人們就能知道組成晶體的原子是如何排列的。Franklin精於此道，她成功地拍攝了DNA晶體的X射線衍射照片。

沃森（Watson）和克里克（Crick）也在劍橋大學卡文迪許實驗室進行DNA結構的研究，Watson在美國本來是在微生物學家指導下從事噬菌體遺傳學研究的。派他出國學習並沒有規定課題，甚至他從一個國家的實驗室到另一個國家的實驗室也能得到導師的支持或諒解。當他聽了Wilkins的學術報告，看到DNA的X射線衍射圖片後，認定一旦搞清DNA的結構，就能了解基因如何起作用。於是他不等批准，就決定先斬後奏從丹麥去倫敦學習X射線衍射技術了。至於Crick，他是個不拘小節又相當狂妄的聰明人，不太受“老闆”Bragg歡迎，甚至一度有可能被炒魷魚。但是，當因為學術問題引起的誤會消除後，老闆照樣關心他的工作，在那篇劃時代的論文寫成後，Bragg認真修改並熱情地寫信向《Nature》推薦。這種現象在一個以學術為重的研究機構應該是正常的。人際關係對研究事業的干擾是輕微的。

Watson擅自選擇，後來和Crick一起在那裡做出劃時代貢獻的研究機構，在當時已經是一個聞名全球的單位———英國劍橋大學卡文迪許實驗室。這個實驗室從1874年創立至今，先後造就了近30位諾貝爾獎獲得者。早在20世紀初，物理學家湯姆森領導這個實驗室時，就形成了一個“TeaBreak”習慣，每天上午和下午，都有一個聚在一起喝茶的時間，有時是海闊天空的議論，有時是為某個具體實驗設計的爭論，不分長幼，不論地位，彼此可以毫無顧忌地展開辯論和批評。在卡文迪許實驗室里，Watson遇到了物理學家Crick，又得到機會向Wilkins、Franklin等X射線衍射專家學習，還有包括著名蛋白質結構專家的兒子在內一批科學家和他經常交換各種信息和意見，又得到實驗室主任Bragg等老一輩的指導和鼓勵，這些都是他取得成就的重要因素。而直接導致Watson集中精力從事DNA結構研究的契機，則是他得到美國主管部門資助去參加在拿不勒斯召開的學術會議，在那裡他看到了威爾金斯（Wilkins）的X射線衍射圖片。

創新者必須破除迷信，敢於向權威挑戰。1953年的Watson和Crick都是名不見經傳的小人物，37歲的Crick連博士學位還沒有得到。受到前人的影響，他們原來按照3股螺旋的思路進行了很長時間的工作，可是既構建不出合理模型，也遭到結晶學專家Franklin的強烈反對，結果使工作陷於僵局。在發現正確的雙股螺旋結構前2個月，他們看到蛋白質結構權威Pauling一篇即將發表的關於DNA結構的論文，Pauling錯誤地確定為3股螺旋。Watson在認真考慮並向同事們請教後，決然地否定了權威的結論。正是在否定權威之後，他們加快了工作，在不到兩個月內終於取得了後來震驚世界的成果。

Wilkins在Franklin不知情的情況下給他們看了那張照片。根據照片，整日焦慮於DNA結構發現的Watson和Crick立即領悟到了現在已經成為眾所周知的事實——兩條以磷酸為骨架的鏈相互纏繞形成了雙螺旋結構，氫鍵把它們連結在一起。他們在1953年5月25日出版的英國《Nature》雜誌上報告了這一發現。雙螺旋結構顯示出DNA分子在細胞分裂時能夠自我複製，完善地解釋了生命體要繁衍後代，物種要保持穩定，細胞內必須有遺傳屬性和複製能力的機制。這是生物學的一座里程碑，分子生物學時代的開端，怎樣評價其重要性都不過分。

在1953年2月底，33歲的Franklin已經在日記中寫道，DNA具有兩條鏈的結構。這時她已經確認這個生物分子具有兩種形式，鏈外面有磷酸根基團。1953年3月17日，當Franklin將研究結果整理成文打算發表時，發現Watson和Crick破解DNA結構的消息已經出現在新聞簡報中。4月2日，Watson、Crick和Wilkins的文章送交《Nature》雜誌，4月25日發表，公開了他們的DNA模型。接着他們在5月30日的《Nature》雜誌上又發表了“DNA的遺傳學意義”一文，更加詳細地闡述了DNA雙螺旋模型在功能上的意義。1953年初， Watson和Crick構建出DNA分子雙螺旋結構模型，並暗示遺傳物質可能就是通過它來複製的。這一設想的意味是令人震驚的：DNA恰恰就是傳承生命的遺傳模板。而此時Franklin對這一進展並不知情。她更不知道的是，Watson和Crick曾看過她拍攝的能驗證DNA雙螺旋結構的X射線晶體衍射照片，並由此獲得了重要啟發。

Franklin的貢獻是毋庸置疑的：她分辨出了DNA的兩種構型，並成功地拍攝了它的X射線衍射照片。Watson和Crick未經她的許可使用了這張照片，但她並不在意，反而為他們的發現感到高興，還在《Nature》雜誌上發表了一篇證實DNA雙螺旋結構的文章。

Watson在1968年出版的《雙螺旋》一書中坦承，“Franklin沒有直接給我們她的數據”。而Crick在很多年後也承認，“她離真相只有兩步”。目前，科技界對Franklin的工作給予較高評價，對Wilkins是否有資格分享發現DNA雙螺旋結構的殊榮存在很大爭論。

1962年，當Watson、Crick和Wilkins共同分享諾貝爾獎時，Franklin已經因長期接觸放射性物質而患卵巢癌英年早逝。（非常、非常的遺憾。——編者）

20世紀40年代末和50年代初，在DNA被確認為遺傳物質之後，生物學家們不得不面臨着一個難題：DNA應該有什麼樣的結構，才能擔當遺傳的重任？它必須能夠攜帶遺傳信息，能夠自我複製傳遞遺傳信息，能夠讓遺傳信息得到表達以控制細胞活動，並且能夠突變並保留突變。這4點，缺一不可，如何建構一個DNA分子模型解釋這一切？

當時主要有三個實驗室幾乎同時在研究DNA分子模型。第一個實驗室是倫敦國王學院的威爾金斯、弗蘭克林實驗室，他們用X射線衍射法研究DNA的晶體結構。當X射線照射到生物大分子的晶體時，晶格中的原子或分子會使射線發生偏轉，根據得到的衍射圖像，可以推測分子大致的結構和形狀。第二個實驗室是加州理工學院的大化學家萊納斯·鮑林(Linus Pauling)實驗室。在此之前，鮑林已發現了蛋白質的a螺旋結構。第三個則是個非正式的研究小組，事實上他們可說是不務正業。23歲的年輕的遺傳學家沃森於1951年從美國到劍橋大學做博士後時，雖然其真實意圖是要研究DNA分子結構，掛着的課題項目卻是研究煙草花葉病毒。比他年長12歲的克里克當時正在做博士論文，論文題目是“多肽和蛋白質：X射線研究”。沃森說服與他分享同一個辦公室的克里克一起研究DNA分子模型，他需要克里克在X射線晶體衍射學方面的知識。他們從1951年10月開始拼湊模型，幾經嘗試，終於在1953年3月獲得了正確的模型。關於這三個實驗室如何明爭暗鬥，互相競爭，由於沃森一本風靡全球的自傳《雙螺旋》而廣為人知。值得探討的一個問題是：為什麼沃森和克里克既不像威爾金斯和弗蘭克林那樣擁有第一手的實驗資料，又不像鮑林那樣有建構分子模型的豐富經驗（他們兩個人都是第一次建構分子模型），卻能在這場競賽中獲勝？

其實這些人中，除了沃森，都不是遺傳學家，而是物理學家或化學家。威爾金斯雖然在1950年最早研究DNA的晶體結構，當時卻對DNA究竟在細胞中幹什麼一無所知，在1951年才覺得DNA可能參與了核蛋白所控制的遺傳。弗蘭克林也不了解DNA在生物細胞中的重要性。鮑林研究DNA分子，則純屬偶然。他在1951年11月的《美國化學學會雜誌》上看到一篇核酸結構的論文，覺得荒唐可笑，為了反駁這篇論文，才着手建立DNA分子模型。他是把DNA分子當作化合物，而不是遺傳物質來研究的。這兩個研究小組完全根據晶體衍射圖建構模型，鮑林甚至根據的是30年代拍攝的模糊不清的衍射照片。不理解DNA的生物學功能，單純根據晶體衍射圖，有太多的可能性供選擇，是很難得出正確的模型的。

說到沃森，他是一位很有意思的人，且備受爭議。詹姆斯·沃森生於芝加哥，受其父的影響頗大。據他自己在一篇文章中說，得到父親三項真傳：一、相信知識可以使人脫離“迷信”（即宗教）；二、熱愛觀鳥；三、擁護民主黨。十二歲時，參加一個名為“每事問孩子”(Quiz Kids)的電台問答遊戲，15歲即以資優生的身分提早入讀芝加哥大學，主修動物學。因為讀到物理學家薛定諤的科普名著《何謂生命？》(What is Life?)，興趣由候鳥的遷徙轉到遺傳學。

獲得芝大的學位後，先後申請入讀加州理工、哈佛的研究院，均不果，改進印第安納大學，加入了薩爾瓦多·盧里亞（Salvador Luria）等人的“噬菌體集團”，正式涉足遺傳學的研究。受到這個集團的影響，沃森開始相信DNA就是基因的載體。1950年獲博士學位，到哥本哈根作博士後研究，其間在那不勒斯參加一個學術會議，從莫里斯·魏爾金斯（Maurice Wilkins）的演講中得知DNA具規則的結構，堅定了他解決DNA結構的決心。1951年，轉到劍橋的卡文迪許實驗室，認識克里克，一同利用X光繞射的數據，建構DNA模型。終於，二人在1953年提出DNA的雙螺旋結構，在同年4月25日將結果發表在《自然》雜誌。

1956年沃森到哈佛大學當助教，1961年獲升為教授。1962年，與克里克、魏爾金斯因為對DNA結構的研究而共同獲得諾貝爾生理醫學獎。1965年出版了劃時代的教科書《基因的分子生物學》（Molecular Biology of the Gene），1968年出版《雙螺旋》，同年開始兼任位於紐約長島的冷泉港實驗室（Cold Spring Harbor Laboratory）的總管，並將研究方向轉移到癌症。1976年辭去哈佛的職位，專注於冷泉港的職務。1988年，獲美國國家衛生局委任為人類基因組計劃的助理主管，一年後成為人體基因組研究國家中心的首任主管，擔當此職直至1992年。1994年，成為冷泉港首任總裁。

沃森別開生面的科學自傳《雙螺旋》（The Double Helix）吸引了不少讀者，但也惹怒了不少同行。他在書中對他自己以外的科學家多所批評，他對女科學家羅莎琳·富蘭克林的男性沙文主義式評語，尤其惹人反感；因此在該書的“後記”中，他特別澄清說“我當初對羅莎琳·富蘭克林的印象，不論是科學上的還是個人方面的……都往往是錯的” (…… my initial impressions of her, both scientific and personal ... were often wrong ……)。

2007年10月14日，《星期日泰晤士報》引述了沃森的言論，說黑人先天智力不如白人，所以令他對非洲的前途未敢樂觀。同年10月18日，倫敦的科學博物館(Science Museum)，因為沃森的言論臨時取消了他的一場演講，表示他的言論已超過可以容忍的限度；同時冷泉港也中止了他的職務。沃森隨即表示毫無保留地為他的言論道歉。

2014年12月現年86歲的沃森4日在紐約佳士得拍賣行拍賣自己的諾貝爾獎章，被俄羅斯富豪阿利什.奧斯曼諾夫以260萬英鎊拍得。阿利什隨後將其歸還給沃森，並表示此次拍賣所得將用於支持沃森的科學研究。

此外他還覺得肥胖者“讓人看了感覺很糟，不想雇用他們”；對於所有“相貌不佳的女性”，還有“愚笨的人”，他認為應該以基因工程來治療。

DNA雙螺旋結構圖：https://www.google.com/search?q=DNA%E5%8F%8C%E8%9E%BA%E6%97%8B%E7%BB%93%E6%9E%84&biw=1680&bih=890&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ei=A9RmVaTlKMGLNqjDgcAB&ved=0CCIQsAQ