惊世大发现

惊世大发现

DNA是主要的遗传物质，它以丰富多彩的核苷酸排列顺序贮存着各种各样的遗传信息。那么，DNA又是如何把生命的遗传信息传递下去？DNA的结构又是什么样子呢？

这一具有伟大科学价值的研究课题，吸引着世界各国的科学家。在20世纪50年代初期，当时有几个研究小组同时进行着DNA结构的分析工作，他们都试图建立DNA的分子模型。这些研究小组中有美国的化学家鲍林领导的研究小组；有设备条件非常好、X射线衍射分析工作非常出色的世界一流的英国皇家学院的著名科学家威尔金斯和福兰克林的小组；还有英国剑桥大学的两位年轻的科学家沃森和克里克的小组。他们都热衷于这项研究工作，于是在科学研究中展开了激烈的“竞赛”。最后，两位年轻人沃森和克里克胜利了。在1953年，他们一举成功地提出了DNA双螺旋结构模型，这个模型较好地说明了DNA的复制以及其“传种接代”的千古之谜，这件事轰动了整个世界。

年轻的沃森和克里克为什么能超越“对手”，获得伟大的发现呢？

首先，沃森和克里克具有很强的事业心，有勇于进行科学探索的精神。沃森是美国人，生于1928年，1947年毕业于美国芝加哥大学动物学系，后来又到著名的科学家卢里亚领导的研究室进行噬菌体的研究，不久获得了博士学位。当艾弗利等人证明能使细菌类型转化的遗传物质就是DNA时，他强烈地意识到：“阐明DNA的化学结构，在了解基因如何复制上，将是主要的一步。”于是，沃森便产生了揭开DNA结构奥秘的迫切愿望。特别是1951年他有机会到意大利参加生物大分子结构学术会议，听到英国皇家学院威尔金斯关于DNAX光衍射分析的学术报告，受到很大启发，他决心从事这方面的研究工作。1951年秋，当时23岁的沃森从美国来到英国剑桥大学卡文迪什研究所留学。这个研究所也是当时世界上有关X射线分析声誉最高的研究机构之一。在这里沃森会见了35岁的物理学家克里克。克里克是英国人，生于1916年，曾在英国伦敦大学学习物理和数学。第二次世界大战以后，他的兴趣开始转向生物学，他想把物理学的知识应用到生物学方面来。于是在导师指导下，克里克开始从事生物大分子结构方面的研究工作，并开始热衷于DNA结构的研究。正是探索DNA结构之谜这个共同的志趣，使沃森和克里克两人夜以继日地工作着，他们终于取得了令世人瞩目的伟大成就。

其次，沃森和克里克在剑桥大学相遇后，一个是生物学家，一个是物理学家，这样两位学者在一间办公室里工作，一起讨论学术问题，这无疑开阔了他们的思路，也更加丰富了他们的科学想像力，这也是他们在科学上取得成功的原因之一。沃森在他的著作《双螺旋》中，对克里克有一段描述：“某天上午休息时，弗朗西斯·克里克安静地、深深地沉浸在数学之中。午饭时，他因头剧烈疼痛回到家中治疗。他坐在煤气炉前无所事事，很快就厌烦了，于是又开始工作。使他兴奋的是，他忽然发现了答案……可是，他不得不停下来同他的妻子去参加一个葡萄酒品尝晚会。他在回家的路上就开始寻思，把DNA想像为一种螺旋结构。”与此同时，沃森也开始试验用X射线来拍摄能显示DNA结构的照片。1952年6月的一个晚上，他为一张拍下的照片显影。他在书中描写了当时的情景：

“当我拿着还湿着的照片放在灯前时，我明白了我们得到了它。螺旋的特征相当明显……第二天早上，我焦急地等待着弗朗西斯的到来，见到他后，他不到10秒钟就同意了我的看法。”沃森和克里克就这样相互配合默契地工作。而威尔金斯和福兰克林则不然，他们虽然同时都在英国皇家学院德尔领导的实验室里工作，都进行DNA分子结构的研究，但他们之间却没有什么合作，从不交流，致使他们出色的研究未能很快地取得应该得到的成果。

另外，沃森和克里克这两位年轻人不墨守成规，敢于大胆创新，敢与权威争高低。就在他们紧张工作的时候，在美国的鲍林宣称他做出了DNA结构的模型。他的模型不是两条螺旋线，而是三条。克里克和沃森认为这个模型不一定正确，因为他们两人也曾建立过这样的模型。他们肯定，尽管鲍林是一位伟大的化学家，但他却搞错了。于是他们便想：一定要赶在鲍林的前面，改正错误，建立一个新的分子模型。沃森说：“我们当时的希望就是其他科学家不要太怀疑这个大人物的模型的细节……在莱纳斯·鲍林重新进入竞赛前，我们有6个星期就能把一切都搞出来。”

在沃森和克里克加紧研究的过程中，他们非常谦虚，善于吸收前人所研究的科学成就，开阔思路，不断改进自己的工作。最初，他们设想，DNA是一个由三条磷酸糖链组成的螺旋型大分子。他们赶制了一个模型，然后邀请威尔金斯和福兰克林来参观讨论他们的分子模型，结果发现把DNA的含水量计算少了，使DNA的密度变大，从而错误地把DNA分子结构定为三股链。沃森和克里克第一次模型的建立便宣告失败了。但他们并不灰心，仍大量地分析和研究各种资料，进行更深入的科学研究。当时有许多科学家的工作对他们启发非常大。1952年7月，克里克从正在剑桥访问的美国科学家查哥夫那里得知，从对各种生物的DNA成分分析证明，DNA所含的四种嘌呤和嘧啶碱基并不相等，但嘌呤和嘧啶两类碱基之间的比例却是恒定的。克里克抓住这个重要根据，推导出在DNA分子结构中“碱基配对”的重要法则。克里克还曾请求一位年轻的数学家对DNA分子碱基间的吸引力进行计算，从计算结果中他们认识到碱基分子并不是乱堆在一起的，而是通过氢键（一种化学键）相连，并且碱基相连是边靠边，嘌呤有吸引嘧啶的趋势。特别是在1953年2月，沃森他们有机会看到了威尔金斯拍摄的非常清晰的X射线衍射照片。“这张DNA照片真是雪中送炭！”沃森写道，“我看到照片的时候，不禁张大了嘴，心脏剧烈跳动。一这张照片恰恰显示了一种螺旋线结构。”从这张高质量的照片中，他们很快得出了三点结论：

第一，DNA分子是一种螺旋形结构。

第二，这个螺旋直径为2纳米，大约每3．4纳米完成一个螺距，由于相邻核苷酸的间距是0．34纳米，因此每个螺距包含10个核苷酸。

第三，这个螺旋必定含有两条多核苷酸链，即是一种双链形式。

沃森和克里克根据以上分析，开始动手试制模型。在一个星期里，这两个人的脑子里只有DNA，甚至在电影院里沃森还念念不忘他的神秘分子。DNA中脱氧核糖和磷酸相间排列成一条链子，位于DNA螺旋的外层。DNA中还有四种碱基——克里克和沃森将它们简称为A、G、C、T。困难的是这四种碱基差别甚大，很难确定它们在模型中的空间位置。开始，沃森想以“同配”的方案，也就是嘌呤碱与嘌呤碱吸引配对，嘧啶碱与嘧啶碱吸引配对，实际结果是模型空间装配不上。而A—T配对和G—C配对正好符合模型的空间装配。在这里他们发现了新的碱基配对原则：即腺嘌呤（A）总是和胸腺嘧啶（T）配对，鸟嘌呤（G）识能和胞嘧啶（C）配对；而且由氢键联系两条排列无规则的碱基序列，每个碱基对有规则地排在螺旋中间。就这样，新的DNA分子模型试制出来了。这个DNA分子模型既符合X光照片显示的各种数据，又符合科学原理。新模型不但说明了嘌呤和嘧啶为什么总是1∶1的原因，而且也为解释遗传物质怎样进行自我复制和决定性状找到了坚实的分子基础。

当著名科学家布雷格爵士看到这个DNA分子模型时，他马上变得像克里克和沃森一样激动起来。接着，威尔金斯也看到了这个模型，他也极为激动。威尔金斯和福兰克林赶紧回到自己的实验室，将这个模型与他们所做的X射线衍射照片资料做了比较，发现二者完全一致。这些科学家都准备公一布他们的发现，而此时，美国的鲍林仍在为探索DNA的结构努力工作着，可惜已经落后了。

在这一重大成果公布之前，化学家鲍林就已知道剑桥的科学家们在“竞赛”中夺冠了。但他并没有懊丧，反而为这一重大科学成果的取得而由衷地高兴，他服从真理，承认自己所做的结构模型是错误的，并把自己的儿子送到剑桥，拜克里克为师。鲍林表现出了一个科学家严谨的科学态度和高尚的情操。

1953年4月25日，沃森和克里克在《自然》杂志上发表了他们撰写的论文。这篇论文文字简练、朴素，只有l500多字。但它向全世界宣告：生命科学中的重要生物大分子——DNA是一种双螺旋结构。于是科学史上的一项伟大发现就这样诞生了。

为什么沃森和克里克能在科学上获得伟大的发现呢？坚实的基础，广泛的知识，大胆的设想，不断的进取，团结协作的精神，虚心求教的态度……这些，大概就是两位诺贝尔奖金获得者的“窍门”吧！