发现DNA双螺旋结构的两个“门外汉”

鬼谷藏龙

1947年，剑桥大学迎来了一个年轻人，他的名字叫作弗朗西斯·克里克。

31岁的克里克原本在伦敦大学学习物理，第二次世界大战的爆发使他被迫中断攻读博士的学业，被调到了隶属于军队的某个研究部门研究水雷。然而，随着二战落幕，克里克失业了，好在英国政府推荐他到剑桥大学重新开始求学之路。

可是应该再去研究什么呢？

正在纠结这个问题的时候，著名物理学家薛定谔写的《生命是什么》进入了他的视野。在《生命是什么》中，薛定谔根据自己在量子力学领域的探索，类比性地预测了生命的一些“应该有的”特征。同是研究物理学出身的克里克对此大为赞同，但对他而言，影响最为深远的是书里面的一句话：20世纪是生命科学的世纪。

这句话成了克里克转向生命科学领域的最重要的信条，促使他在剑桥大学选修了不少生命科学的课程。

1951年，23岁的年轻遗传学家詹姆斯·沃森从美国到剑桥大学做博士后时，就在寻找合伙人。沃森的目标是破解承载着遗传信息的生物大分子——DNA的分子结构。在那个时代，人们已经通过化学方法知道，DNA由无数被称为脱氧核苷酸的小分子聚合而成，而每个脱氧核苷酸都是由一份磷酸、一份脱氧核糖和一份含氮碱基构成的。这个含氮碱基有4种可能性：腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶。但是这些化学零部件具体是怎么合成这种大分子的，则是众多科学家要研究的关键。

与此同时，DNA的重要性日益浮现。许多实验间接证明，DNA是编码生命底层代码的物质。但是DNA代码的复杂程度远超我们的想象。

当时，沃森与克里克两人一拍即合，决心要将此作为自己努力的方向。只是他们忽略了一件事，他俩都不是这个专业的，沃森本来是研究病毒学的，克里克本来是研究物理学的，两个人都是“门外汉”。

更糟心的是，他们的竞争对手是当时世界排名第一的美国结构生物学家——莱纳斯·卡尔·鲍林。

鲍林曾经破解过蛋白质的结构。蛋白质的结构可比DNA复杂多了。因此，有着丰富经验的鲍林要破解DNA结构，只是时间问题。

为了战胜这个强大的对手，克里克和沃森找来了莫里斯·威尔金斯。威尔金斯的专业是做X射线衍射，这在当时几乎是破解生物大分子结构的唯一手段。

此时的鲍林没把破解DNA结构放在心上，毕竟自己在结构生物学领域早就无敌了。基于对蛋白质结构理解的惯性思维，他一直认定DNA是一种三螺旋或者四螺旋结构。现在我们当然知道，DNA应该是双螺旋结构，外侧是磷酸骨架，内侧的碱基互补配对。鲍林犯的更严重的错误是，在他的模型当中，DNA的磷酸骨架位于DNA链的内部，而碱基则叉在外部。磷酸基团带有非常多的负电荷，3股多聚磷酸链拧到一起，彼此会出现强烈的电荷斥力，足以让DNA模型当场散架。

在那个年代，一般的年轻科学家不敢质疑鲍林，这也误导了沃森和克里克。他们想在鲍林的DNA三螺旋结构上寻求突破却不得其解。然而真正的创新者必须破除迷信，敢于向权威挑战。

有一天，两人看到了当时在科学界存在感很低的埃尔文·查戈夫的一篇论文，这篇论文看上去平淡无奇，实验做得也很粗糙。唯一值得赞许的地方是他的实验囊括了自然界绝大多数类群的生物，算是揭示出了DNA的一个普适特征。论文中提出了一条非常关键的证据，即在DNA当中，腺嘌呤与胸腺嘧啶含量相同，而鸟嘌呤则与胞嘧啶含量相同。基于此，沃森和克里克马上想到，从分子大小的角度来说，腺嘌呤与胸腺嘧啶的长度之和，几乎等于鸟嘌呤与胞嘧啶的长度之和。这隐约揭示出DNA的结构很可能是双螺旋的，甚至连碱基互补配对原则都呼之欲出了。

沃森和克里克决定试试双螺旋的可能性。结果他们的工作一下突飞猛进，双螺旋的模型在化学理论层面居然顺畅得不可思议，剩下的仅仅是其中一些具体的理论参数还需要现实的实验来测算。

但他们的外援威尔金斯对DNA的结构不感兴趣，做了几次不太成功的实验以后就没再干过。此时，威尔金斯的女同事罗莎琳德·富兰克林给了沃森与克里克最关键的助攻。

差不多在沃森与克里克在理论上推导DNA结构的同时，富兰克林就已经开始利用实验来实现类似的目的。或许是受那个时代女性社会地位低的影响，富兰克林出于某种自我保护机制，早些时候与沃森、克里克和威尔金斯关系紧张。

1952年，富兰克林拍出了那张意义深远的DNA分子X射线衍射图。简单来说，你可以理解为这是一张DNA双螺旋的正面照。根据相关公式，就可以利用条纹的间距计算出DNA双螺旋的直径、碱基之间的距离等参数，为沃森与克里克的模型提供了最核心的数据。如果说之前查戈夫的论文还只是一个指导性的攻略，那么这张照片基本上就相當于在公布正确答案了！

富兰克林所属的研究机构没有在第一时间通知沃森和克里克，反而邀请远在美国的鲍林过来欣赏这张DNA的高清大图。

就在鲍林准备亲自飞往英国去观看这张传奇图片时，他却被人拦了下来。不许他出国的不是别人，正是美国政府。

为什么美国政府会禁止鲍林这样的大科学家出国呢？这还得从之前鲍林获得诺贝尔奖说起。他先后获得诺贝尔化学奖和诺贝尔和平奖。因为他长期以来一直致力于反对美国的核试验，得罪了不少美国的权势人物，这些人到处游说鲍林可能是苏联的间谍。在这样的环境下，几句谗言让鲍林成为“有问题的人物”而被没收护照。

这样一来机会又落到了沃森和克里克身上，没过多久，沃森和克里克就发表论文，宣布他们破解了DNA的双螺旋结构。

1962年，因为破解DNA的双螺旋结构，沃森、克里克和威尔金斯一起获得了诺贝尔奖。在那篇论文的最后，克里克写下了一句话：DNA的双螺旋结构或许揭示出了DNA复制的生物学机制。这句话最终开启了生命科学新的时代。

（摘自科学技术文献出版社《不可思议的科学史：一读就上瘾的生命科学简史》）