第二十一章 DNA是双螺旋
1953年以前，建立DNA模型的尝试都限于单螺旋或三重螺旋。我们已知道，波林在1953年希望建立一个双螺旋模型，但根据密度他又选择了三重螺旋。当我们看到富尔伯格在1952年夏发表的那篇重要论文时，我们发现该文中的一种方法同后来沃森和克里克建立模型的方法很接近。但是，他建立的碱基在里面的模型（Ⅰ）不是双螺旋，他提出的这个模型是供选择的两种模型中的一种。然而，沃森-克里克模型中的双螺旋，同富尔伯格的模型Ⅰ中的单螺旋的构型几乎相同。正如后来富尔伯格所说的（1967），“核酸确以单股形式出现，这些核酸也是非常重要的，虽然它们的结构还未弄清，但很可能就像我的模型那样是单螺旋结构”（富尔伯格，1967）。富尔伯格毕竟是在比较了密度后才得出结沦：DNA和核苷酸晶体中的核苷酸被堆砌得“几乎是同样地紧密”（富尔伯格，1952，634）。通过对核苷和核苷酸晶体的研究，他认识到，“在所有经过研究的晶体中，都发现有许多氢键系统，预料这些氢键也一定会出现在核酸中，很可能出现在分子内和分子间”（同上）。他接着又说，滴定曲线早已表明了氢键的存在。
如果富尔伯格这么接近于解决结构问题，那么尤属憾事的是贝尔纳当时竟没有设法留住他或者使他能在奥斯陆同伯克贝克协作继续这项研究工作。当然，富尔伯格很想继续研究核酸，但他是否喜欢从事纤维研究而不是作单晶分析我们还不很清楚；但有一点是清楚的，那就是他想尽可能在单晶工作的基础上确定结构。在这一章里，我们将讨论沃森和克里克的研究方法是何等不同，以及他们对富尔伯格的重要但又不完善的照片所作出的重大进展。的确，单螺旋同双螺旋是大相径庭的。
阳离子的作用
虽然富兰克琳已向沃森和克里克保证DNA中的钠离子一定受到水壳的包围，而且是在分子的外侧。但是，沃森仍渴望让阳离子在这种结构中具有至关重要的作用。他喜爱镁离子是出于下述原因：鲁沃夫已有证据说明阳离子对诱导噬菌体繁殖是必不可少的。他断言：“在有关繁殖的理论中，忽视了二价金属离子的作用。”（鲁沃夫，1952，167）这一说法促使沃森提出：这种阳离子中和了DNA链上的负电荷。由于威尔金斯和赫尔希已分别研究出DNA链的直径不大于22Å，噬菌体的所有DNA包装在一个核心中。因此不言而喻，引起这种中和的不是噬菌体蛋白质中的碱性氨基酸，而一定是金属离子。所以，看来很可能噬菌体DNA，以“金属盐的形式”存在（沃森，1952，171）。接着他又补充说，伯戈尔德博士已告诉他，在一种多角体病毒中有大量Mg++离子。遗憾的是，还没有对DNA中的金属离子作过调查。沃森提出上述看法的一个月后，在写给德布吕克的研究报告中谈到了今后研究RNA结构的计划。
至今，还没有人得到过定向的RNA照片。我在想，如果不是因为大家都以Na+盐形式组成RNA，那么它的“天然”盐可能是不同的阳离子，如Mg++或Ca++。在今夏的某个时候，我和莫里斯·威尔金斯也许将根据这个观点作初步尝试。
（沃森，1952）
1952年秋，沃森从哥本哈根的马洛处得到噬菌体DNA样品，但在剑桥拉姆齐的火焰光度计上没显示出镁的存在。因此，阳离子的设想看来不再有希望了。
碱基配对
沃森对二价金属离子的热情并未打动克里克。他论证说，既然在纤维中存在大量的水，没有阳离子同结构紧密结合也能满足所要求的中和。在任何情况下，纤维周围总是有水壳存在，把碱基看作是几股螺旋的聚合力不是更可取吗？
既然氢键结合看来仍不大可能，我在考虑偶极子间的静电引力。如果各个碱基的上方有电荷，净位移就会产生偶极子。我也问过凯默教授，他知道谁能算出上下两个碱基的偶极子产生的引力。
（克里克，1968/1972）
凯默叫克里克去找剑桥的年轻数学家约翰·格里菲思。他是发现细菌转化的弗富德·格里菲思的侄子。在古老的卡文迪什大楼里听取了汤米·戈尔德作题为《完美的宇宙学原理》的报告后，克里克开始同格里菲思合作。
在听了汤米·戈尔德的报告后，我和格里菲思上酒店喝了一杯。我们讨论了“完美的宇宙学原理是什么？”我说：“既然碱基是平的，那么也许它们就能相互堆积起来和相互吸引。为什么不研究一下腺嘌呤是否吸引腺嘌呤等问题呢？”
（克里克，1968/1972）
当然这个想法意味着属于同一分子不同链的碱基是相互交错的。后来，有一次克里克看到格里菲思在排队取茶时就问道：
“你算好了吗？”格里菲思回答说：“是的，而且我发现腺嘌呤吸引胸腺嘧啶，鸟嘌呤吸引胞嘧啶。”这时我没有说“这就解释了查格夫法则”，因为任何明白事理的人，只要他们听到过这些法则也会这样说的。在他还来不及讲下去，我立刻说：“不错，这真是妙极了！A走了，得到了B；B走了，又得到了A。你恰恰有了互补复制。”我记得很清楚，既然我这样讲了，他就不说了。我也没说（我记得这一点，因为后来我想当时我太傻了，为什么不说呢！）“当然，根据你的方案如果你获得互补复制，你就会发现A=T，G=C”。因为我确实没有讲这句话，我可肯定即使像吉姆所说的他以前曾向我提到过这些法则，但那时我已不记得查格夫法则了。如果他曾告诉过我，我已全然忘记了。
（克里克，1968/1972）
在这个阶段，克里克和格里菲思都已认识到，腺嘌呤与胸腺嘧啶、鸟嘌呤与胞嘧啶之间的择优引力会引起互补复制。他俩都没有念过波林和德布吕克在1940年写的、阐明优先选择这类复制而不是“类生类”地复制的论文。但是，克里克不知道格里菲思已经制订出如图21.1所示的氢键连接的互补碱基配对方案（嘧啶与嘧啶，嘌呤与嘌呤），但他一直没公布该方案。他没有向克里克提起这个方案是可以理解的，因为他是个年轻的数学毕业生，正在读生物化学的大学课程，性格内向而谦逊，克里克则是位年长、性格外露、格里菲思心目中的一位公认的科学家。由于克里克的问题都同堆垛配对方案而不是同平面型方案有关，所以格里菲思提出氢键连接方案是毫无意义的。
图21.1 1951年格里菲思碱基配对方案的可能性质（录自奥尔贝，1970，975）。
格里菲思自从参加了1950—1951年剑桥大学第二部分生物化学课程荣誉学位考试后，他对生化遗传学发生了兴趣。大约是在1951年春，他开始苦思冥想基因复制问题。起先，他认为蛋白质复制是氨基酸匹配，但他一听说核酸在复制过程中的可能作用时，想到了碱基配对方案。至于他从什么地方获悉DNA的遗传作用，他现在已回想不起了，虽然他认为可能是看到了一篇综述文章。
克里克在排队取茶时遇到约翰·格里菲思以后不久，约翰·肯德鲁把沃森和克里克介绍给欧文·查格夫，那年7月他正在剑桥访问。克里克回忆了当时的情况：
我们作为研究蛋白质的新手，对他说：“这项研究核酸的工作会得到什么呢？我们一点也没有得到我们想要知道的东西。”查格夫争辩说：“唔，总知道了1∶1比率吧！”我问：“是什么？”他说：“不是全发表了吗？”当然，我从未看到过这篇文章，所以我不知道。接着，他告诉了我是怎么回事。他的谈话使我大吃一惊，所以我现在对当时的情景仍历历在目。当时我突然想到：“天哪！如果你有互补型配对那一定会得到1:1比率。”这时候我已忘记格里菲思告诉过我的东西，已记不清碱基的名称，所以我去见格里菲思，请他告诉我碱基的名称并写下来。而且，我把查格夫告诉我的情况也给忘记了，所以我不得不回去找出那篇文章。使我吃惊的是，格里菲思说的碱基就是查格夫说的碱基。
（克里克，1968/1972）
这件事上有一点是令人奇怪的，那就是格里菲思竟然能够应用他知道的计算结果求得正确的碱基配对，因为这些计算结果通常都认为是太不精确，除了对最简单的化合物之外，是不可能获得可靠答案的。很清楚，由于存在互补复制而不是全等复制的可能性，所以他也研究了相异碱基对。另一方面，如果他这时知道查格夫的数据，那么他也就告诉克里克了。搞清碱基配对与基因复制之间的相互关系是极为振奋人心的消息，甚至能促使沉默寡言、镇静自若的年轻人格里菲思也按捺不住要公布于众。正确的配对一定是出于侥幸。当时，格里菲思告诉沃森和克里克，π轨道相互作用也许能解释腺嘌呤与胸腺嘧啶之间和鸟嘌呤与胞嘧啶之间的择优引力。事实上，特定的配对不是由堆垛方向上的静电引力引起的——尽管这些力有助于分子的聚合——而在于同纤维轴垂直的氢键连接。根据克里克的看法，《双螺旋》一书给人们造成这样的印象：在我们同约翰·格里菲思谈话之前，已全部知道了查格夫法则。表面上看这可能是真的，但实际上并非如此（克里克，1968/1972）。
另一方面，这些事发生以前，沃森很可能已知道查格夫的工作。罗伊·马卡姆认为，哈佛大学的分子生物学家保罗·多蒂一定已把查格夫的工作告诉了沃森。1951—1952年冬，多蒂曾在那家酒店遇到过沃森和克里克（马卡姆，私人通信）。但是，如果像沃森所说的曾告诉过克里克（《螺旋》，126），那么克里克已记不得了。当然，沃森没有向查格夫表示，他已知道查格夫的工作。看来他们的谈话还没有转入DNA时，沃森已遭到他的奚落。要是他承认已知道格里菲思的工作情况，那就太愚蠢了。克里克胆子较大，结果在格里菲思的追问下不得不“承认他没有记住这四种碱基在化学性质上的差别。弗朗西斯提到格里菲思的计算结果时，不经意讲出了几句有失检点的话。由于他不记得那种碱基有氨基团，只好请查格夫写出这些碱基的分子式，他才能定性地说明量子力学上的论据”（《螺旋》，130）。因此，查格夫把1953年时的沃森和克里克描绘成一对不可思议的无知之徒是不足为奇的。他把他俩比作是“推销员”——即吹牛的售货员。
1952年春，我第一次在剑桥遇到他们时，看来他们对我的工作知道得不多或者说一无所知，甚至连嘌呤和嘧啶的结构和化学性质也不知道。然而，他们挺热心地要以某种类似多核苷酸的东西同波林的α-螺旋相匹敌，而且他们老是在谈论我在一本小册子里所说的“吹牛”问题：“寻找螺旋的两个摊贩。”根据我的回忆，那是在一次由肯德鲁安排的午餐会上，我第一次向沃森和克里克解释了我们观察到DNA的规则性，并告诉他们不管今后提出什么结构，必须考虑到我们提出的互补关系。我相信，他们向我问到了碱基间可能的配合问题，我说：“腺嘌呤同胸腺嘧啶，鸟嘌呤同胞嘧啶，嘌呤同嘧啶。”
（查格夫，1970）
看来查格夫低估了这两个“推销员”。他们已认识到碱基配对（虽然还不是横向、氢键连接的配对）可能是查格夫法则的由来。这一简单的推论尽管有惊人的可能性，查格夫仍无动于衷；但是，对克里克来说已使他激动万分。这一推论只引起怀亚特和科恩的重视，那是在1953年3月他们第一次想到这个推理（怀亚特、科恩，1953，780；科恩，1968，28）。这使人想起了用配子分离来解释孟德尔比率。1900年和1900年前后发表孟德尔比率的所谓三位重新发现者和其他几位植物育种家中间，完全有理由认为只有卡尔·科伦斯是没有看到孟德尔论文而确立这种关系的。至于克里克要是不知道格里菲思的计算结果，他是否会认识到查格夫的比率意味着碱基配对，那就很难说了，但是格里菲思的工作使他确信这一点。
在这一事件上还有一个更令人不解的插曲。既然沃森和克里克已完全清楚查格夫法则并根据格里菲思的计算也完全知道碱基对之间的关系有可能用来解释这些法则，那么，为什么他们不立刻着手建立一个包括碱基配对的模型呢？在这个问题上，现在很容易把一系列事件前后连贯起来加以分析，并且不难想象他们想到在碱基平面上有氢键连接的碱基配对。但在1952年，他们一次也没打算设计这类方案，因为当时他们考虑的是交错碱基的堆垛配对。他们认为，氢键连接作为复制机制是太不可靠了。在这个问题上，克里克犯了一个错误。他假定两种互变异构形式的碱基同时存在于同一个DNA分子中，质子可从一个地方移到另一个地方从而改变氢键形成的位置。如果同一碱基里这些氢键位置是不同的，那么在复制中怎能获得匹配恒定呢？看来答案是以各种形式出现的碱基择优“堆垛配对”。如图21.2所示，碱基似能凸出在分子外面同新生的多核苷酸子链的碱基交错配对，这种配对与原来的亲本DNA分子的结构特点无关。换言之，在圆柱分子中，几股螺旋的聚合方式与其复制机制没有必然的联系。
我们必须小心对待堆垛配对，即使它们包含在螺旋结构里也不例外。克里克和格里菲思都知道，根据量子力学理论，这些结构是很不可靠的。此外，查格夫法则也许将被证明纯属胡扯，它们可能是密码的某个特征的产物或是碱基代谢的产物。克里克喜欢尽可能少用假设，因为过多的假设很容易排除了正确的方法。他们还得找到某些直接证据，来证明碱基配对的存在。
图21.2 用专一的堆垛引力实现的A对T、C对G的互补复制（在那个时期的手稿中找不到这种图）。
1952年7月底，克里克试图通过确定混合碱基和纯碱基以及核苷酸的紫外吸收，来取得碱基配对的直接证据（克里克，1952）。如果这些混合物构成配对关系，那么它们吸收的紫外线，要少于它们的组成成分分别辐射的总和。这些试验未能表明任何差别，因为克里克没有足够小的晶胞以获得所需的浓度而又不造成暗度。由于他已到了撰写论文的最后一年，他放弃了渺茫的尝试，但他继续认为需要有更多的证据。
互变异构型
我们现在要讲这段故事中最令人啼笑皆非的部分。1951年，沃森和克里克已抛弃了把氢键连接看作是DNA分子结构聚合的手段。现在他们已找到了解释结构的线索——碱基比率意味着碱基配对——他们仍没有重新考虑氢键连接的迹象。这是怎么回事呢？这是因为互变异构型。
支持嘌呤和嘧啶存在互变异构型的实验证据只有一个，即提高这些溶液的pH值，紫外吸收光谱移向红端。锡耶纳高地学院的研究工作（斯廷森和路透，1943）证明了这样的移动，这些研究人员认为这是“烯醇化”的结果，即从酮式变成烯醇式。
以后在斯隆凯特林研究所进行的工作没有改变这个结论（卡瓦利，1948）。虽然D.0.乔丹发表在兰德尔的《生物物理学进展》上的论文，提出了我们目前在DNA中发现的所有正确的碱基形式——酮基和氨基，但他并未断定不存在其他可能的互变异构型。从理论上说，在某种场合、某些时候会存在其他互变异构型。乔丹认为，我们不能不加分析地把碱基晶体内发现的东西，认为都适用于碱基溶液，更不必说它们衍生物的结晶了。而且，正是在它们的溶液里才发现“烯醇化”。
即使我们认为适用于碱基晶体的也适用于它们的溶液，X射线衍射研究也不能给出肯定的回答。为了确定碱基结构和找到质子的位置，剑桥的托德、克卢斯和科克伦于1945年开始了这样的研究计划。在贝尔纳的实验室里，G.J.皮特也开始了类似的研究工作。他打算确定质子在嘧啶中的位置，但由于结晶水的存在使情况复杂化而失败了（皮特，1948）。琼·布鲁姆黑德继续了剑桥的研究计划（布鲁姆黑德，1948，1950，1957；克卢斯和科克伦，1948，1949），但遗憾的是由于L.亨特的“氢原子振动互变异构”理论（亨特，1945），而归于失败。这一理论认为质子从一个位置移动到另一位置发生在具有嘌呤和嘧啶这类结构的化合物中，而且这类移动是极易发生的。因此，试图区分不同的互变异构体是“毫无意义的”。当布鲁姆黑德发现在腺嘌呤盐酸盐的氨基团附近存在奇怪的电子密度分布时，她认为这可能意味着在C6的氨基团与N7的氮之间正发生一种亨特型质子互换。
甚至当科克伦确定了腺嘌呤盐酸盐中所有质子的位置时（科克伦，1951），布鲁姆黑德仍坚持自己的观点，而酮式或烯醇式的问题仍悬而未决，因为在腺嘌呤中没有这种基团。
四十年代关于互变异构的总的不确定性，在今天的教科书里仍有反映。一会儿讲到了烯醇式，一会儿又讲到了酮式；这里讲的是亚氨基，那里讲的又是氨基。在这种混乱情况澄清之前，沃森和克里探索DNA结构的努力是注定要失败的。他们毫不知道美国结晶学家杰里·多诺霍已探讨了布鲁姆黑德的数据，并研究了氢键连接方案并得出结论：对腺嘌呤盐酸盐来说，尽管有四种共振结构，但质子在晶体状态中只有一种位置。他的标准是对氢键连接可接受的距离和取向。他留给我们这样一张图：
（多诺霍，1952，504）
沃森和克里克在1952年也不知道马歇尔和沃克一年前得出的结论，即碱基在紫外吸收光谱上的迁移是一种离子现象而不是烯醇化的结果（乔丹，1955，450）。后面我们将讨论沃森和克里克如何在他们成功的模型中应用互变异构来说明突变，以及多诺霍后来提出的“鸟嘌呤分子将取互变异构形式，这种形式将使它在特定环境下形成最好的氢键”（1955，735）。实际上，正如后来发现的，互变异构是用词不当，因为没有证据指出碱基中有这种现象，无论在DNA内部或在DNA的外面都是如此。因此，克里克认为由于据称碱基存在互变异构形式，所以两种形式在DNA中都占很大比重，他的这种看法是情有可原的。
波林结构的新闻
1953年初，沃森在一定程度上已甘心接受波林已解决了DNA结构的观点。1952年12月，彼得·波林给他们看了他父亲的一封来信，信中讲到了科里和他已有了DNA的一种结构。莱纳斯·波林像以往一样，没有透露细节。当沃森和克里克把信反复看了几遍后，他们越发感到心灰意懒。克里克“一边在房里踱来踱去，一边在自言自语，希望也能动出脑筋建造莱纳斯也许已完成的模型”（《螺旋》，156）。也许莱纳斯搞错了，他肯定没看到皇家学院的那些照片。但是，沃森认为波林是对的，克里克却不那么确信，因为波林有时候对，有时候错。“当然，我们是有理解力的，但我对事物较淡泊而吉姆更易动感情。”（克里克，1968/1972）因此，彼得·波林在美丽的埃尔茨山度圣诞节时，沃森依计划度假，在新年时赶到策尔马特同妹妹贝蒂一起滑雪。他对微生物遗传学的兴趣促使他从策尔马特去米兰拜访塞瓦利-斯福柴。在卡米尔修道院安顿好贝蒂，于一月中旬回到了剑桥。下一个任务就是要找出最近波林发现的DNA结构。彼得透露，他父亲在12月31日的信中提到了DNA。信中写道：“我和科里已寄去了一篇关于核酸结构的论文。你是否要一份？”最坏的情况发生了：马上要发表这个结构。沃森焦急地等待答应送给他的论文拷贝。波林很守信用，他一接到儿子的来信，立刻在1月21日的回信里附寄了论文手稿。他在信中说：“我很想知道剑桥对我们的议论。”人们也很想知道他的儿子到底向他说了些什么。这封信也提供了一条重要的消息——关于DNA结构的论文，将发表在2月份的《美国国家科学院院报》上。
只有尝到过在研究工作中竞争失败滋味的人，才会知道当时与口袋里插着论文手稿的彼得·波林坐在一起的沃森和克里克是怎样的心情。波林真的发现这个奥秘？他全搞清楚了吗？他们担心又重现了α-螺旋事件，这次是与DNA有关吗？许多年以后，沃森仍忘不了他当时“知道一切都完时，心里是多么难过”。彼得脸上显出一副很严肃的神色，直截了当地对他们说，这是磷酸位于内部的三重螺旋结构。所以沃森当时想，在1951年他们的研究路子毕竟还是正确的。彼得递给沃森那份手稿时，沃森匆匆看了一下结语和引言，然后研究了给出原子位置的数字。这些数字看上去有些差错，当他仔细检查了一些插图后，他突然看出了问题出在磷酸基团没有离子化。这真是难以置信！如果这个结构特点是偶然产生的，那么也就不值得进行研究，但事实上又不是如此。因为这三条链的唯一的连接就是氢键，因此如果要保持这个结构，这些磷酸一定要是非离子化的。磷酸基团有三个可离子化的基团。多核苷酸链的两个可离子化的基团包含在与糖残基连接的共价键中。因此，除了在链的末端外，每个磷酸只有一个羟基团，在失去氢时就带负电。在波林的结构里，每个“主要的”基团保留它的氢离子，这样就能形成一个沟通相邻链的P＝O基团的氢桥。就算不同的DNA结构有不同的电离常数，事实是从小牛胸腺和鲱鱼精子提取的物质本身证明在pH值小于2时，50%的主要磷酰基团要发生解离（古兰德等，1947）。因此，在正常的生理条件下，所有磷酰基团预料都会解离。沃森宣称就他所知的“核酸化学都表明磷酸基团从不含有束缚的氢原子”（《螺旋》，160），这种说法无疑是太极端了。尽管如此，我们很自然地想要证明NaDNA全部或部分地非离子化状态。早期对抽提材料所作的钠含量分析已证明Na和P的质量相等（古兰德、乔丹和泰勒，1947），乔丹根据这一点论证说：“考虑到次要磷酰基的解离很小，因此这些Na+中的大部分或全部，一定是同主要磷酰基的解离结合在一起。”（乔丹，1951，71）
沃森不失时机地要证实他的怀疑。他急忙赶到罗伊·马卡姆和其他有机化学家那里以争取支持。他估计到3月中旬，波林和科里提出的DNA结构将是全世界讨论的话题，因为到那时《美国国家科学院院报》二月号已广泛流传，现在一分钟也不能耽误了。由于波林的错误已暴露，波林重新研究这个结构的时间最多也只有六个星期。克里克对波林的差错也感到很惊奇，并同意在波林发觉自己的错误前，他们一定要设法找到正确的结构。在他的记忆里总是抹不掉平面肽键和波林的α-螺旋给他带来的烦恼。这次DNA赐给他的良机绝对不能放过。因此，他们决定当威尔金斯于1月30日星期五来伦敦时，沃森将带着波林的手稿去拜访他。
沃森访问皇家学院
在《双螺旋》一书中，沃森叙述了罗莎琳德·富兰克琳对这一消息的反应。“她冷淡地指出毫无证据可使米纳斯或任何人假定DNA是螺旋结构”（《螺旋》，165）。她觉得，沃森太不礼貌了，竟很不客气地告诉她怎样去解释X光照片，因此她差一点发脾气。人们怀疑她这种吓人的架势多半出于自尊心受到了严重挫伤以致过分地发怒。沃森不知道自从1952年5月科里访问皇家学院后，富兰克琳同他一直有信件往来。我们不能肯定富兰克琳是通过沃森还是通过科里知道波林的模型，但她在1953年初确实写信给科里，请他提供该模型的详细情况。科里回信说：
我无意怠慢你在1月6日的来信。你希望得到波林教授和我在《美国国家科学院院报》上发表的那种结构的有关资料。我可以说，我们正在研究这种结构的另一种形式，其中磷酸盐四方体转动了45°从而使这种结构的范德瓦尔堆聚和其他特征都能得到很大改进。
……对于你给我看了极好的核酸纤维X光照片我感激不尽。我希望不久就能获得书面形式的这些数据，从而可以检验许多实验室即将提出的各种核酸结构，在这一点上我是深信不疑的。
（科里，1953）
由于富兰克琳是真正在研究DNA纤维的X光衍射，因此当她发现不做这方面工作的沃森却总是领先一步时，她一定是恼怒之至。现在沃森有一份波林的手稿，而科里却没有寄给她！
对沃森来说，威尔金斯比富兰克琳更易相处。威尔金斯私下一直在模仿富兰克琳的工作，因此他能给沃森看一张很好的DNA B型衍射图，但这很可能就是1952年5月富兰克琳获得的著名B型图。尽管富兰克琳曾报告说，并在1951年当着沃森的面出示了一张不太好的X光照片，但直到1月份的最后一个星期五，沃森才听说有B型的DNA。这张1952年拍摄的照片为螺旋衍射图提供了前所未有的最简明、最引人注目的例证。由于重复为整数不同于多肽，因此强烈的子午线点重合在层线上。由于每条链有10个残基，因此这个子午线点在第十根层线上。沿子午线的第零条与第十条层线之间缺少的反射呈金刚石形，雄辩地证明存在螺旋构象。螺旋斜率等于主要“十字线”与子午线的交角。难怪沃森会惊讶得“合不拢嘴”和“脉搏加速”了。经验主义者也许会对这些特点在A型中的重要性提出争议，但头脑清楚的人都毫不怀疑B型是一种螺旋，即使富兰克琳在公开场合对此提出异议，但私下她也不怀疑这一点。但是，作为内行的富兰克琳当时集中精力在研究A型，因为这种形式能提供结晶学家经常需要的更多信息。如前所述，沃森和克里克有充分理由把他们的注意力集中在B型上。他们写道：“我们毫不怀疑地选择了后者，主要是因为它有异常强烈的3.4Å子午线反射……提供的信息直接有助于建造模型。”（克里克和沃森，1954，84
有多少条链？
可以应用三方面的证据来论证分子中多核苷酸链的数目是2条还是3条。阿斯特伯里已算出DNA钠盐在P205上干燥后的密度为1.65克/厘米3，从而排除了多核苷酸链小于2和大于3的可能性。然后，可用生物学、结晶学和密度的数据来解决是2还是3这一难题。此时，威尔金斯已认识到早些时候赞同三条链的决定是过于仓促了。通过富兰克琳的工作，已知道A型是单斜晶形，水的含量（相对湿度75%）“约为40”。这一估算来自1952年1月到1953年1月富兰克琳的年度报告。富兰克琳正确地指出要确定所有这些水分是否都包含在构成X光照片的晶体中是困难的。她说，A型决不是很完善的三维晶体，接着又说：
然而，计算结果表明：如果晶体中水分含量假定为干重的22%～50%，那么每个面心晶胞的核苷酸数介于56～44之间。
前面已提到，近子午线反射出现在第十一根层线，表明在晶胞中每条链有11个核苷酸。因此，密度的数值说明有4条链通过面心晶胞（或者有2条链与每个晶格对相连）。
（富兰克琳，1953a，9）
但是，沃森和克里克怎么会知道这份报告的内容呢？富兰克琳当时还没写呢。
我相信，沃森在一月份最后一个星期五从皇家学院返回时，他不知道这份报告的内容，他所知道的全部情况一定都来自威尔金斯。沃森问过威尔金斯，为什么皇家学院的研究小组会赞同三条链？威尔金斯告诉他，这是密度的关系。1951年，富兰克琳认为A型的含水量为42%。这一数值加上阿斯特伯里估算的密度为1.63克/厘米3，使她得出晶胞中约有46个核苷酸。她以后进行的研究表明，晶体样品的含水量差别很大，因此这个证据是不能令人满意的。但是，威尔金斯已告诉沃森其他一些情况：B型重复位于34Å，34Å弧位于第十层线上。这些情况一定导致了对A
B变化的讨论，而且威尔金斯从富兰克琳的研究所工作报告中知道富兰克琳某些最新成果的细节。他也告诉沃森从A转变为B的过程中，纤维长度约增长20%。这为沃森决定多核苷酸链是2条还是3条提供了所需的全部信息。那天晚上，在火车里，他把所记得的有关B型图的全部细节都画在报纸的空白处，然后思考链的数目问题。当他回到学院时，他判定为2条链。“弗朗西斯会同意我的看法。虽然他是物理学家，但他知道重要的生物体总是结伴成双的。”（《螺旋》，171）
这句名言已促使人们多少夸大了在发现该结构中，生物学思路所起的作用。即使作为生物学的沃森对双链有好感，并促使他向威尔金斯询问有关数据（当然还有其他一些原因——建立三链模型更困难，特别是当碱基位于里面时尤为困难），但事实依然是，沃森关于双链的论据纯粹是物理学的，这一论据为富兰克琳已算出晶胞核苷酸数的那种单链形式推导出所含残基数目。克里克和沃森提交皇家学会的那篇论文里（1954，85），可以找到同他的论据极为相似的语句。他的这一论据看来很可能是这样的：
在B
A转换中，轴向节距（=螺旋的螺距）从34Å改变为28Å，这表示几乎缩短了20%。当从B转变为A时，观察到的纤维长度约缩短20%，这种情况可归因于螺旋的紧密聚合。B型中，残基间相距3.4Å，因此A型的残基间距一定等于3.4×0.8=2.72Å，而且A型单链的重复中，残基数一定等于28/ 2.72=10（实际上应为11）。
如果我们一定要同三股螺旋打交道，那么晶胞中的核苷酸数目可能是30、60或90；如果是双螺旋则为20、40或80。核苷酸数据说是46，这一数值较接近于40，而与30或60相差甚远，因此双螺旋的可能性比三重螺旋要大。
（作者的话）
第二天是星期六，沃森说克里克由于参加了昨夜丰盛的晚宴，那天仍感到有些不适，因此当沃森——这个原先的捕鸟者宣称，他能够解决DNA结构时，克里克还是打不起精神。但是，当沃森告诉他有关B型的详情，也就是画在报纸上的草图时（克里克从未看到过照片），他立刻改变了态度。在赤道约20Å处高强度的那个点使他们确信，螺旋直径同电子显微镜照片是一致的，即约为20Å。当然，关于3.4反射一事他们早就知道，但是否会像α-角蛋白的5.1Å反射一样被证明是偏离子午线的一个成对物呢？沃森强调指出，在B图上的所有反射中，这个子午线上3.4反射绝不是最强的。这一情况使他们肯定，阿斯特伯里及他们自己的看法——这个点表示了相邻碱基在轴向上的间距——得到了证实。所以，他们得出了3.4Å、34Å、20Å，螺旋斜率约为40°；每个链的重复中有10个残基及根据A型密度得出了双链比三链更有可能的论点。
据沃森的说法，克里克“到此不再反对我的意见：在生物界中总是存在着成双成对的现象，告诉我们要建立双链模型。根据他的看法，接下来就是要摒弃不是来自核酸链化学的任何论据”（《螺旋》，175）。许多年后当问起此事时，克里克作了如下回忆：
我说：“我同意双链是最可能的，但我们务必不要过早下结论；让我们继续研究是双链还是三链的有关数据。毕竟还有可能两条链用于复制，另一条链用于细胞质或其他什么东西。”他完全可以说，任何生物学家都知道生物体的成对性，但我认为正是这类论据是极有害的。这就会使你犯错误……我同吉姆一起制作双链模型，但假使双链不对头，我就会说：“让我们试试三链吧。”但是，一旦我们得到了C2对称和碱基配对，再去探索三链就毫无意义了。
（克里克，1968/1972）
糖-磷骨架的位置
1951年11月，富兰克琳说明了她为什么相信磷酸基团一定是暴露在外，因此一定是位于圆柱形DNA分子的外面。我们知道，沃森和克里克第一次试图制作模型时，他们没有利用这个非常重要的信息，这可能是因为沃森在参加富兰克琳的讨论会时没有领会这一信息。于是，富兰克琳对他们所作的首次尝试提出了批评。克里克回忆说：
磷酸盐总是水合的，故我们的第一个模型是错误的。如果是水合的，必然位于外面。但第二个论据就不那么有力。它们可以是水合的，但位于里面，这样水将成为该结构的一部分；如果位于外面，那么在水合时能发生晃动。这些情况就是她在批判我们的模型时所说的。
（克里克，1968/1972）
克里克没有回想起支持磷酸盐是暴露在外的另一个证据——在11月的讨论会上提供的滴定数据及解释A
B转换的富兰克琳模型。这也可能是沃森从未告诉他这个证据。克里克也没有回忆起富兰克琳关于圆柱形帕德森图的细节，因为直到发表了沃森-克里克模型后他才看到这张图。富兰克琳这篇谈到圆柱形帕特森图论文的打字稿只是后来才由富兰克琳借给沃森，再由沃森转给了克里克。这张图可看作是显示了直径为18Å，沿链相距5.7Å散射力很强的磷原子。因此，沃森所说的“我和弗朗西斯仍不理解”富兰克琳的“证据”（《螺旋》，169）这句话，在一定程度上还是正确的。因此，沃森花了一天半时间建立骨架位于中央的双链模型，因为对从事生物学研究的人来说，他们都认为碱基一定是位于外面，否则怎能读出它们所含有的编码信息呢？而且，在生理条件下DNA通常与组蛋白缔合形成盐类组合。碱性精氨酸侧链怎么能同带负电的磷酸基团靠得很近而不完全掩盖住通到碱基去的通道，除非碱基是位于外面。1951年，有一种想法引起了K.G.斯特恩的注意，就是交叉的精氨酸侧链在碱基之间通过而到达中央的磷酸盐。沃森在1951年也赞成这种想法。
建立骨架位于内部的模型还有一个更紧迫的原因。“只要碱基位于外面，我们就不必担心如何把这些碱基弄进来。”克里克说，“当我问道：‘为什么不把碱基放在外面呢？’吉姆回答说：‘那太容易了！’这句话招来了我的反驳：‘那你为什么不这样做呢？’。”（克里克，1968/1972）双链模型难看极了，甚至还不如过去的三链模型，所以沃森失望地放弃了这个模型，到外面打网球去了。当时，正是1951年初春的美好日子。最后，他一边喝咖啡，一边写下了下面这段话：
我承认我不愿意把碱基放在里面的部分原因是，我怀疑这种模型可以有无数个，从而使我们不能决定哪一个是正确的。但是，真正的障碍在于碱基。只要碱基位于外面，我们就不必去考虑它们。如果把这些碱基推到里面，就存在极困难的问题：如何把带有不规则顺序碱基的两条或更多条链聚合起来。在这个问题上，弗朗西斯也不得不承认，他也毫无头绪。
（《螺旋》，177～178）
所以，当时真正的问题还是包装问题。这一难题最后迫使沃森建立骨架位于外面的模型。正如他们在1954年所说：
我们只考虑带电基团，则在纤维方向获得3.4Å的重复距离就没有什么困难。然而，下一步当我们试图把磷酸盐基团同糖基团连接起来时，就陷入了困境。磷酸盐基团要么离得太远，使糖不能把它们连起来；要么靠得太近，只有严重破坏范德瓦尔接触点才能使糖与其相适应。最初这看来是令人惊奇的，因为糖-磷酸盐骨架的每个残基含有可能作自由旋转的五个单键。可认为这样的骨架是柔韧而随从的。但是，后来我们认识到由于糖的奇怪形状，这种骨架可取的构型很少。因此，我们最初的方法看来将一事无成，我们应放弃把磷酸盐基团放在中央的努力。但是，我们相信很可能是碱基形成中央核心，而规则的糖-磷骨架形成其外围。
（克里克和沃森，1954，85）
威尔金斯的剑桥之行
这时，威尔金斯接受克里克的邀请到剑桥葡萄牙街19号去度周末，这幢房子是他新购的，尽管旧了些却很漂亮。现在这幢房子已恰如其分地被称为“黄金螺旋”。星期四（大概是2月5日），他写道：
我本该早些回信，但当时心烦意乱，我想心情如此抑郁还是孤单一人为好。（今天我感到很好）罗齐（富兰克琳）的讨论会使我感到更为不快。天知道这件事将是什么结果。他们连接不断地讲了一个小时又三刻钟，实际上她又拒绝回答任何问题。他们有很大的一个晶胞（但里面却空无一物）……你得到了波林的论文，那真是太好了，我愿把记得的和草草写下来的罗齐提供的全部资料告诉你。
（威尔金斯，1953a）
我们从沃森那里获悉“他（威尔金斯）刚从火车站回来，弗朗西斯就向他刺探有关B图的详细情况。但是到午餐结束时，弗朗西斯所知道的也不比我一个星期前知道的多”（《螺旋》，179）。威尔金斯说，就他能记起的，在1951年至1952年期间，他曾“相当频繁地”去克里克他们那儿。“因此，我能把DNA分子较长、链的大致数目、螺旋间距离和直径以及碱基堆垛……等情况告诉克里克和沃森。”（威尔金斯，1968）但是，威尔金斯没有把X光照片带到剑桥，而且在1952年早些时候他写信给克里克，叙述了他拍摄到更好的乌贼精子头部照片。这些照片“非常清楚地显示了一系列螺旋层线及胶束间的一个空间”。但是，他没有在信中提到尺寸，而且从草图上可看出螺旋盘在第1、2、3层线及子午线弧上，看不出子午线弧是否落在层线上和离开多远。在这个问题上，他很可能没有进行测量，因为在1952年实际上已不准他研究DNA。因此，他的兴趣转向了核蛋白。在11月和12月，他同H.G.戴维斯合作研究染色体称重技术。不用说，他对DNA是深感不快的，但对克里克的邀请，他还是愉快地回了信：“你得到了波林的论文，那真是太好了，我愿把能记得的和草草写下来的罗齐提供的全部资料告诉你。”（威尔金斯，1953a）也许富兰克琳拒绝透露任何研究成果。最后又重新开始研究DNA的威尔金斯，开始感到有必要对剑桥的那些朋友留一手，不能把他知道的全部情况都告诉他们。他们想知道最新消息的迫切心情也无济于事。克里克显然极为焦急。最初，威尔金斯对他的邀请没有回复，所以克里克“天天来信”（威尔金斯，1953a）。但是，当威尔金斯来访时，沃森和克里克未能使他松口透露出什么新消息。尽管如此，他们对威尔金斯同意一起建立模型感到很满意，虽然他答应得“有些勉强，但这是肯定无疑的；当时的情景我记得很清楚，那是坐落在葡萄牙街我们那幢房子的吃饭间里”，克里克说，“我记得上述情景，因为当时我们对模型一事有点焦虑不安”（克里克，1968/1972）。
彼得·波林当时也在场，所以他回忆说，他也劝威尔金斯：
提出论据以说明如果莫里斯不建立模型，我父亲会做的，而且下一次会建立正确模型。随机法有条规则：只能猜测一次，但是既然我父亲说他们是两个人——波林和科里——因此他们可以猜两次！如果他不做，我父亲会做——这是我们用在莫里斯身上的主要论据。莫里斯说等罗齐·富兰克琳在四星期后离开了，他才着手建立模型。
（波林，1967）
要是威尔金斯知道，自从沃森访问皇家学院的一周来，我们这位美国研究人员除了有时打网球或看电影外，一直在试图建立模型，那么威尔金斯会作出什么反应呢？当时威尔金斯正呆在克里克家里，梦想着驱散皇家学院悬在他头上的阴云的大喜日子。他已经在安排他的研究队伍。H.R.威尔逊已加入他的行列，而且尽管还及不上富兰克琳所拍摄的赛纳DNA的照片，他们已得到了一张很好的大肠杆菌DNA的B型照片。莱纳特·汉密尔顿不久就要从纽约寄来DNA。要是他当时知道他的朋友们在以后四个星期里将干什么，他将如何回答他们的问题呢？要是他当时知道他们能从兰德尔研究小组那儿得到包括有富兰克琳研究摘要的报告副本时，他是否会把更多的研究结果告诉他们呢？
医学研究委员会的报告
一定是在2月份的第二个星期，佩鲁茨把他的那份报告副本传给了克里克，这份报告是约翰-兰德尔爵士散发给1952年12月15日参观他的研究机构的生物物理研究委员会的全体成员。
这份报告对沃森和克里克有何帮助？这份报告证实了沃森所收集有关含水量及A、B型轴重复方面的数据。
小牛胸腺DNA晶体是在相对湿度为75%时获得的，含水量约为20% 。
含水量增加将形成不太有序的不同结构。这种结构的含水量很难确定。
一种结构转变为另一种结构时，纤维轴重复周期也从28Å改变为34Å，而且纤维的显微长度也变化约百分之二十。
（兰德尔，1952）
接着，她根据DNA与水的关系，论述了磷原子位于外面的问题：
由于磷酸基团是结构中最有极性的部分，因此可以预料，在磷酸基团之间以及磷酸基团和水分子之间将发生缔合。磷-磷键被认为是实现了晶体结构中分子的连接，水分子聚集在这些键的周围（每个磷原子周围约有4个水分子）。水的增加将减弱这些键，因而先使该结构变得不那么有序，最后形成了胶和溶液。
但是，沃森和克里克也知道了一些他们原先不知道的东西：
根据获得的帕德森函数很容易确认晶格位移。对于
的晶胞，观察到的66个反射都可以作误差小于百分之一的标定。
因此，晶体形式的DNA是单斜晶的C2。据克里克回忆，沃森对于空间群是一无所知，
我知道得极少。但我研究多年的马的血红蛋白的空间基群正巧是C2，由于我较熟悉马的血红蛋白，我立刻知道空间群C2在侧面具有二重轴。如果这些结论是正确的，而且有办法摆脱这些试验动物……那么正如后来所证实的，正确的解释就是在侧面存在二重对称轴。吉姆不喜欢这一论据，我认为他没有很好地理解。
（克里克，1968/1972）
不止是晶胞是单斜晶的，因为正如克里克指出的：
一个真正的单斜晶胞必须具有二重轴或螺旋二重轴，或两者兼而有之。我知道（在见到医学研究委员会报告前）在皇家学院，他们认为晶胞是单斜晶的，但是这只能指存在着螺旋二重轴（也就是说，分子之间的），我们从中得不到有关分子本身的任何信息。而C2告诉我们，不止存在螺旋二重轴，还存在二重轴！这才是至关重要的。此外，晶胞尺寸显示出二重轴并不垂直于六角紧密堆积的平面，而是在这个平面内。对空间群的研究也表明，二重轴可能把同一分子内的元素联系起来。因此，一定有一条向下的链和一条向上的链。应注意，这一对称关系不适用于碱基顺序，但我们意识到，在这种分辨率情况下，碱基对看上去都很相像。
（克里克，1973）
由于沃森还未搞清这一结晶学论据的含意，所以他仍试图建立糖靠得很近（只相差18°）的模型。一天，他丢下模型去打网球时，对克里克说：“你试试看。”由于克里克确信沃森的链拉得太紧，因此当沃森在打网球时，他建立了一条每个碱基旋转36°的链。“我给他留了张条子：就是这样的——旋转36°。”（克里克，1968/1972）
克里克这样做的根据是：
糖-磷链是有极性的——其方向受3′，5′-磷二脂键决定。在双螺旋中，两条链如果在同一方向上，那么它们是“平行”的。在这种结构里，螺旋上、下两半部分完全相同，而且该结构的轴向重复也将减半。因此，34Å的重复表示了螺旋螺距的一半，相当于链绕轴作180°旋转。但是，在这个距离内有10个残基，每个残基旋转18°。另一方面，如果两链处于相反方向——即反向平行——那么螺旋间距没有减半，34Å表示旋转360°，每个残基旋转36°。
那么，怎样来判断上述两种可能性呢？克里克论证说，如果这两条链是平行的，对称轴将在C方向上顺着分子。圆柱形分子绕自身轴旋转180°，将使糖-磷骨架中的全部原子位于相同的位置上。
对于反向平行的链来说，只有围绕同DNA圆柱体轴相垂直的一个轴线作旋转时，才使这些原子位于相同的位置。如果晶体的对称性取决于双螺旋的对称性，那么，单斜晶的C2显然意味着这些链呈反向平行。正如后来克里克所说：“我认为，要是我没有受到C2对称性的启发，我不会想到使这两条链呈反向平行……这一想法有决定意义……据我看来，对一个训练有素的结晶学家来说，很自然会想到这一点，对于像我这样一个新手来说，要得到某种启示后才会有这种想法。我的启发来自罗莎琳德·富兰克琳的数据。对吉姆来说，要领会这些链呈反方向是很困难的。例如，当我们改变这些链的走向时（反向平行），他不会使第二条链取相反方向。这真是太难了！不知怎地，他的头脑在这方面不那么灵巧。”（克里克，1968/1972）
为什么只有克里克看出了C2对称性的意义呢？难道这完全是因为他的思路特别敏捷吗？我不这么认为。沃森不知道单斜晶C2的意义，富兰克琳只是在1953年1月底，沃森来访后，才同意晶体形式的螺旋结构。在此以前，她一直想用背靠背的锯齿形链来解释A型的对称性，像伸展的碱基顺序一样，这两条链相互交替。由于威尔金斯当时没有试图建立双螺旋模型而是想建立四重螺旋模型。因此，我认为他没有想到反向平行链。2月份富兰克琳对B型的分析，促使她支持或是两条不相同的螺旋或是单股螺旋。对称性说明螺旋是偶数，但只有当糖-磷骨架极化时才如此。布朗和托德已证明，它们始终是3′，5′-磷链，但是当沃森和克里克给富兰克琳看了双螺旋后，她问道，能否肯定骨架的连接是3′，5′-，3′，5′-，3′，5′-，
而不是3′，5′-，5′，3′-，3′，5′-，5′，3′-，这样的连接将使我们能在一条链中加入一条二重对称轴，因为它不具有极性。由于有了这样一条链，就可以在不对称单位里得到三条链。 因为一旦获得了一条链，就可以倍增至三条。多诺霍提出了另一个论据：对称性可能是假的，它只是反映了磷的排列，而不表明存在着两条走向相反的链……（对称性）只是表明了磷的存在，且是非极化的。极化的只是糖。
因此，这个论据并不是十分简明的。密度为双链供了证据，而晶胞的形状表明二重轴位于侧面。通情达理的人都会说：“这表明双链是相反走向的。”这是一种朴素的解释。在任何论据中，总有办法避开这个问题，你只要决定是否赞同这一论据而不去理会这个解释，或者根本不去理会这一论据，因为论据不是十分简单明了。
（克里克，1968/1972）
这样，在2月中旬初，沃森和克里克在与杰里·多诺霍和鲍勃·帕里什合用的办公室里已建成一个可接受的模型——有一个糖-磷骨架的双螺旋模型，在这个阶段没有必要建立双股骨架。富兰克琳已提出了位于外部的骨架分子论据，而沃森则提出了双螺旋论据，克里克提出了反向平行链和碱基分开36°的论据。由于这个模型同医学研究委员会报告中的数据完全一致，因此克里克急于要沃森进一步改进该模型。但是，沃森本人并不那么热心，因为他现在面临的问题是如何处理碱基。
碱基配对
由于卡文迪什实验室在2月份没有任何碱基模型，因此沃森不得不建立这些模型。为此，他求助于J.N.戴维森的《核酸生物化学》（1950年第一版）并抄录了碱基结构式（见图21.3）。这些反映了“公认的一致意见”，即赞同氨基和烯醇的互变异构形式。戴维森的文章是根据B.利思戈最近写的关于嘌呤和嘧啶的综述（利思戈，1949）。沃森写道：“我的目的是以某种方法重新排列位于中央的碱基，使在外面的骨架完全成有规律的……”（《螺旋》，182）遗憾的是，遗传学要求DNA必须有最大数量的编码信息。沃森为了使模型也符合这一条件，他感到自己已处于束手无策的困境。“在有些地方，较大的碱基一定会相互接触，而在另一些地方，较小的碱基处于面对面的位置上，它们之间一定存在孔隙，否则它们的骨架区一定会弯曲。”（《螺旋》，182～183）生物学上的要求使这位模型建造者的日子真的不好过啊！
这还不是问题的全部。还要使结构紧密结合，螺旋要缠绕在一起以获得等直径的非常坚挺的杆状体。沃森迄今取得的进展是断断续续的，这取决于克里克给他的帮助有多大，或者他在多大程度上听取克里克的意见。这一次由于是沃森独自进行工作，而且完全改变了早期的决定，不再把氢键看作是DNA结构的重要特点，因此他开始研究文献资料。当他看到古兰德和乔丹的酸碱滴定工作时（见第十八章），他发现这两位作者认为，他们的研究结果表明胶束的相邻分子的碱基间存在氢键。但是，沃森察觉到下述重要现象：即使是浓度很低的DNA，看来也存在这种氢键，这意味着“氢键把同一分子内的碱基连接在一起。而且，X射线晶体学的研究成果也表明，所研究的每个纯碱基都形成了立体化学上尽可能多的不规则氢键。因此，可以设想问题的关键是支配碱基间键连的规则”（《螺旋》，183）。
图21.3 标准教科书上的DNA碱基结构（录自戴维森，1953，7～8）。
正在这个时候，沃森查阅了琼·布鲁姆黑德撰写的论文。他高兴地看到，在相邻的腺嘌呤和鸟嘌呤碱基间有规律的氢键图，这些碱基的距离正好能放进他的双螺旋模型里（见图21.4）。沃森所要做的只是看一下有关的正文以找出布鲁姆黑德图上的几条虚线中，哪一条表示她所认为的氢键。这样，他就能从布鲁姆黑德的图上分离出氢键连接的两个相邻的盐酸腺嘌呤分子，而且这是个碱基对！同样地，从她的盐酸鸟嘌呤图上，沃森得到了氢键连接的嘌呤对。应用戴维森书中的结构，轻而易举地构成了类似的嘧啶分子对。在双螺旋中有相同碱基对的想法所具有的“潜在而深远的意义”在沃森看来完全是意想不到的新发现（见图21.5）。在这个阶段，他不想把碱基对引进他的骨架模型中。因为他还没有确切表示金属中的这些碱基的方法。当然，他对于如何能保持有规律的骨架而又能恰当地把两个嘧啶放在两个嘌呤之上而大伤脑筋。同时他也担心配对错误的频率。如果错误的几率很高，那么，碱基配对就不能成为基因复制的基础。因为遗传学告诉他，这种配对错误一定是不多的。碱基要是能成为复制的基础，那么沃森就真的会感到极其高兴了。这时，结构就不止是很好地符合于氢键图式，而且对生物学家将是很有启发的。使他感到高兴的是，“答案是极为有趣的”（《螺旋》，188）。当他闭目养神时，腺嘌呤残基在他面前回旋。“只是一刹那功夫，我突然担心这样好的想法可能是错误的。”（同上）
图21.4 （a）在某层平面上盐酸腺嘌呤半水合物的结构剖面；
（b）在某层平面上盐酸鸟嘌呤单水合物的结构剖面（录自布鲁姆黑德，1951，98）。
图21.5 表明沃森怎样能分离出相同的碱基对以及选出可能存在氢键的适当位置。氢键中那些沿虚线分布的质子没有画出。
消息传到加州理工学院
第二天是2月20日，星期五，沃森匆忙吃了早饭就回到自己的学院，因为他要写一封说明信以便同一份讨论K12遗传学的打字稿一并寄出，这篇论文是他和比尔·海斯刚写好的。沃森最近到伦敦去的主要目的就是为了这篇稿子，当时他还带了一篇波林写的关于DNA结构的稿子送到皇家学院。从这封说明信中不仅可看出沃森对他提出的相同碱基配对图相当得意，而且下面这一论据完全说明他同德布吕克不相上下。
亲爱的马克斯：
附上一份关于K12的稿子，这份稿子在很大程度上同我在去年九月寄出的形式遗传学完全相同。如有可能，请将此稿投送《美国国家科学院院报》。这样，可赶在冷泉港讨论会举行之前发表……
尽管我不能写得前后很连贯，但我希望你发现此文条理清楚。如你认为最好对文章略作修改，就这么办吧。如果我们能避免像奥利和我写的那篇稿子要没完没了地修改，那就太好了。
最近我忙极了，主要是研究DNA的结构。我相信，我们即将找到问题的答案。我们已看到波林的关于核酸的论文。你看过了吗？这篇论文有些严重错误。而且，我们怀疑他选择的模型类型也是错误的。然而，总的说来，至少波林论文的基调还是对的，而且他的研究方法不是纯粹的晶体学家而是伦敦皇家学院的研究人员应采取的。当我第一次到达剑桥时，我已开始研究DNA，但由于皇家学院的研究小组不喜欢同我竞争或合作，所以我停止了这方面的研究。但是，既然现在波林也在研究DNA，所以我相信，现在任何人都可从事这个领域的研究工作了。因此，我打算也作这方面的研究，直至找到问题的答案。今天，我感到很乐观，因为我有了很好的模型，同时我也感到奇怪，这么好的模型以前竟然没有人想到过。我找到正确坐标后，我将写信给《自然》杂志，因为这可以解释X光数据。坐标即使是错误的，也是对波林模型作了明显的改进。到时候，我将给你一份副本。
（沃森，1953a）
有一阵子，沃森曾想详细阐明相同碱基配对的想法。但是，由于急着要到实验室去，就结束了这封信，匆忙投进了邮筒。
正如上一章我们讲到的，这时波林正对他的模型中心附近的一些范德瓦尔距离感到一筹莫展。关于这些情况，彼得·波林是从他父亲写来的两封信里（寄于2月4日和2月18日）获悉的。而且，莱纳斯还得对付沃森和克里克对他的模型提出的批评。这些批评意见是彼得转告的。
我很高兴，能从你那里获悉有关核酸的消息。我不懂，为什么剑桥的那些人会反对我们提出的结构，这一结构既可作为核酸又可作为核离子的结构……
我听到谣传说，吉姆·沃森和克里克在早些时候就已提出这种结构，但没有作什么研究。也许这种传说是言过其实。我们能知道伦敦的情况感到很高兴。去年我们就听说富兰克琳小姐将离开那里，但后来听说她没有走。你的来信使我们知道再过一两个月她将离开伦敦。
（波林，1953b）
两星期后，波林从帕萨迪纳给沃森写了封信。他要沃森出席9月份由他组织召开的蛋白质讨论会。信中写道：
我想，在会议上我们既要讨论蛋白质结构，还要讨论核酸结构，因此，我希望你能及时来参加会议。兰德尔也将从皇家学院赶来。
德布吕克说你已经发现核酸的极好的新结构，但还没有搞清它的详细情况。他说不清这一结构同我们的结构（三条多核苷酸链互相缠绕在一起，磷酸基团靠近分子的轴线）有无重大区别，但是他的措词——极好的新结构（他记得信中是这样写的）说明，这个结构不是原来结构的改版。我相信你会继续研究这个问题——虽然我们以为我们的模型是正确的，但科里教授和我并不认为我们的模型已被证明是正确的。
我顺便提一下，我们对这个模型已作了小小的修改。为了增加某些原子间距以符合范德瓦尔触点，我稍微改动了参数，但没有获得很大成功。弗纳舍·马克教授指出，把磷酸四面绕垂直轴旋转45°可使这个模型得到很大改进……
（波林，1953c）
波林根本不知道在写这封信时，沃森的“很好的模型”是一组碱基对，而且除了说明腺嘌呤外，所有的互变异构形式都是错误的！
波林写好这封信的第四天，驱车前往里弗赛德。他给儿子的信中是这样说的：
……去察看柑橘实验站收集的800种有机磷酸盐。我仔细看了一下，从中选出四种作X射线研究。其中三种是磷酸二脂。我很想知道，磷酸中两个氢原子已被烃基取代的物质的结构是什么——也许核酸中的磷酸就是这种类型，而且据我所知，至今还没有人发表过这类物质的结构。我认为对于核酸来说，这些物质要比核普酸本身更有意思，至少就磷基来说是这样。我们这里新来了一位罗莱博士，他预定在下星期从利兹到达这里。他是考克斯研究小组的一位成员。我们建议他着手确定这三种物质的晶体的确切结构。
（波林，1953d）
沃森的好模型被抛弃
2月20日星期五上午，沃森把写给德布吕克的信一寄走，就去卡文迪什。据沃森说，他那张很好的草图很快被撕得粉碎。这可构成一篇很好的故事，但看来是不大可能的。他向德布吕克透露已得到很好模型的同一封信中，要求德布吕克把关于K12的论文投寄《美国国家科学院院报》。那一定是在一个星期后，沃森收到了德布吕克的回信，信中讲到他将根据所要求的那样去做。当沃森和海斯的论文发表时，上面加了一条按语：“2月27日由M.德布吕克转来。”一定是收到了这封信后，多诺霍向沃森担保，他用于鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶的结构式是错误的。这些结构式存在于酮式而不存在于烯醇式（见图21.6）。他不是想在布鲁姆黑德的数据上证明这一点吗？（多诺霍，1952）。他向沃森强调了在这些碱基和二酮哌嗪中，酮基的部分双键是相似的，而且二酮哌嗪无疑是酮式结构。“因此，他极力要求我不要再浪费时间去研究我那轻率的方案。”（《螺旋》，192）既然多诺霍回忆说，他当时已同沃森“不止一次地”讨论过碱基的互变异构型（多诺霍，1969），看来，沃森并非像他后来回忆的那样，很快就放弃了他的同类碱基配对方案。多诺霍至少在两个场合再次反对这种方案，最后一次是在2月底，可能是星期五，27日。
图21.6 多诺霍认为的碱基结构（录自克里克和沃森，1954，87）。
沃森不放弃这个方案有许多原因。虽然波林和德布吕克（1940）对基因复制提出了互补图，但大多数遗传学家不相信这个论点。他们的代表人物是沃森的母校印第安纳大学的J.H.穆勒，他赞成同类碱基方案。他也认为，复制时涉及的酶若能个别识别两种腺嘌呤、两种鸟嘌呤等等，酶就能发挥最好的作用。克里克指出，这种方案不能解释C2对称性及查格夫的碱基比率。2月27日，沃森这个很好的方案被彻底推翻了。关于这一戏剧性的事件，克里克是这样回忆的：
当我们向多诺霍讲到互变异构形式时，这是关键时刻，因为你就能把氢键结合在一起。我记得很清楚，当时杰里和吉姆靠近黑板，我坐在桌子旁，突然我们想到“也许用碱基配对能解释1∶1的比率”。这种想法好得简直难以相信。因此，当时我们三人都想到了，我们应把碱基放在一起并用氢键连接。第二天，吉姆来了并这样做了。
（克里克，1968/1972）
关于这一重大事件，沃森和克里克的回忆不相一致。我认为这没有什么奇怪。因为正如沃森所说，克里克总是想把办公室里的其他人组织起来，所以他们内心总有一种想法要找出另一种计划来取代克里克的计划。由于他讲得很多，因此沃森没有必要把重要内容记下来（沃森，私人通信）。克里克回忆的是一个确切的计划——把碱基配对以符合查格夫的1∶1比率——沃森的回忆却只是抛弃他提出的同类碱基配对方案。
第二天，沃森已取出了他用硬纸做的碱基复制品，试图再次用酮式把碱基配对，但很明显，“没有任何结果”。
杰里（多诺霍）进来时，我抬头一看不是弗朗西斯，就开始移动碱基位置以构成各种可能的配对形式。突然，我意识到由两个氢键连接在一起的腺嘌呤-胸腺嘧啶对，在形态上同至少由两个氢键连接的鸟嘌呤-胞嘧啶对是完全一样的（见图21.7）。所有的氢键看来都是自然形成的，因此，不必为使两种类型的碱基对取相同形状而多费口舌。我马上把杰里叫过来，问他现在是否再反对我这种新的碱基对。
当他回答说不再反对时，我信心倍增。因为我推测，我们现在已解开了嘌呤残基数正好等于嘧啶数之谜。如果嘌呤总是由氢键连到嘧啶上，那么两条不规则的碱基顺序可有规则地集砌在螺旋的中央。而且，要用氢键连接意味着腺嘌呤总是同胸腺嘧啶配对，鸟嘌呤只能同胞嘧啶配对。这样，查格夫规则显然是DNA双螺旋结构的结果。更令人激动的是，这种类型的双螺旋提示了一种复制方案比我考虑的同类碱基配对更令人满意。腺嘌呤总是同胸腺嘧啶、鸟嘌呤总是同胞嘧啶的配对，意味着缠绕在一起的这两条链的碱基顺序是互补的。给定一条链的碱基顺序，就自动确定了另一条链的碱基顺序。因此，从概念上来说，不难想象出一条链能作为合成另一条互补链的模板。
（《螺旋》，195～196）
图21.7[1] 互补碱基配对（a）腺嘌呤同胸腺嘧啶；（b）鸟嘌呤同胞嘧啶（录自克里和克沃森，1954，88～89）。
克里克进来时，这位合作者惯有的怀疑态度顿时烟消云散。这两种碱基对的形状相似很有说服力，但是否有另一种碱基配对方式而给出查格夫比率呢？移动碱基的位置并不能找到另外的方式。这时，他突然想到把碱基连接到相应骨架上的糖苷键所具有的对称性。这些键由碱基平面上的二重对称轴联系起来，并可旋转180度，使这些键的走向相同。从那份医学研究委员会报告中知道晶体DNA具有C2对称性，再次证明了它的重要性。“因为我一看到沃森的碱基配对，我就说：‘瞧，它正好有那种对称性’。”（克里克，1968/1972）这一现象连同密度、B衍射图的主要特征和查格夫的比率，都可用他们的模型来解释。原则上也不难设想出遗传信息的编码、复制和表达等生物学功能。这决不是假货色，也不是提出一种结构而对生物学毫无意义的大轰大嗡的做法。这可是货真价实的！
建立模型
正是午餐时刻，克里克“急匆匆地跑进来，大声地说，我们已发现了生命的奥秘”，但沃森感到“有些局促不安”（《螺旋》，197）。确实，他对于把这一消息捅出去仍很紧张，过了两个星期才把这消息告诉了威尔金斯和德布吕克。首先，沃森和克里克不得不等待金属碱基。然后，还得建造很小的一段分子，以验证在立体化学上它是否令人满意。
我们的模型不是在一个碱基对的两侧有两个残基；而是用一个残基和一个相应的碱基，因为我得出一条定理，它可表示另一个碱基（模型里没有的）对这一碱基（模型里的）在几何图形上的约束，但定理的具体内容我现在忘记了。我知道，只要我遵守这条几何法则——某样东西在其他东西上的某种投影——我们就能建造模型。因此，所有的模型都是用一个糖、一个磷酸和一个碱基以及必须将其放在正确位置上的下一个糖的第一个原子所组成。
（克里克，1968/1972）
那年3月的第一个星期里群情激奋。他们讲的和想的都是DNA结构。在葡萄牙街19号，谈论的也都是DNA。无论在餐桌旁，还是饭前或饭后，话题总离不开DNA。多么不寻常的一周啊！克里克回忆说：“大约从星期三开始建造模型，到星期六上午结束，这时我已筋疲力尽，因此我径直回家，上床休息了。”（克里克，1968/ 1972）
坐标计算
克里克认为，这时他们已解决问题了——现在可以建造模型，紧迫的时间已经过去了。因此，在3月的第二个星期里，他们可以从容不迫地工作。星期三，威尔金斯来了封信，他说：
我亲爱的弗朗西斯：
关于多核苷酸的来信收到了，谢谢。我想你一定有兴趣知道，我们那位黑皮肤女士下星期要走了。我们已掌握了许多三维数据。现在我不承担其他义务，我已对自然界各个领域里的暗堡发动了总攻：模型、理论化学以及对晶体的和比较的数据进行解释。一切准备工作都已就绪，现在我们能全力以赴了！
不需要太长的时间
向大家问好，
你的M.
（威尔金斯，1953b）
可能就在那个星期（3月9—14日），他们告诉威尔金斯他们的新模型。星期四，沃森写了一封很详细的信给德布吕克。
亲爱的马克斯：
谢谢你最近的几封来信。你信中谈到的波林讨论会我们很感兴趣。收到你来信的第二天，我收到波林的一封短简，谈到他们的模型已经修改，并表示对我们的模型也感兴趣。因此，在不久的将来，我们也将告诉他们有关我们正在进行的工作。到目前为止，我们不愿写信给他，因为在没有完全肯定范德瓦尔触点是正确的及我们结构的各个方面在立体化学上是可接受的之前，我们不想轻易表态。我相信现在我们肯定已能建立结构模型了，而且今天我们正竭力算出原子的确切坐标。
我们的模型（这是我和弗朗西斯·克里克合搞的）无论同原来的模型还是同改进的波林-科里-舍马克模型都毫无关系。这是个奇怪的模型，具有几个异乎寻常的特点。既然DNA也是一种不同寻常的物质，因此我们也不缩手缩脚。我们的模型有下列主要特点：（1）基本结构呈螺旋形——由两股缠绕的螺旋组成，螺旋的核心是嘌呤和嘧啶碱基，磷酸基团位于外面。（2）这两股螺旋不是完全相同而且是互补的，因此，如果一条螺旋含有一个嘌呤碱基，另一条螺旋则包含一个嘧啶碱基——这一特点是由于我们想使残基相等，同时可把嘌呤及嘧啶碱基放在中央的结果。嘌呤与嘧啶的配对是非常精确的，且受形成氢键的要求所支配——腺嘌呤同胸腺嘧啶配对而鸟嘌呤总是同胞嘧啶配对。例如：
虽然我画的图很粗糙（见图21.8），但事实上这些碱基对形成了两个很好的氢键，键中所有的角均为直角。这种配对方式是根据实际上只存在一种互变异构形式（尽管可能有两种互变异构型）。在所有场合下，我们都倾向于酮式而不赞同烯醇式，倾向于氨基而不赞同亚氨基。尽管这完全是一种假设，但杰里·多诺霍和比尔·科克伦告诉我们，在迄今研究过的全部有机分子中，更多的是酮式和氨基而不是烯醇式和亚氨基。
图21.8 3月12日沃森给德布吕克信中所画的碱基对（发表于《双螺旋》）。
这个模型几乎完全根据立体化学的情况，而在X射线方面只用到了碱基对的间距3.4Å，这一距离最初是阿斯特伯里发现的。这样34Å一圈中约有10个残基。螺旋为右旋。
X光图形同这个模型是基本一致的，但由于我们能用的照片极少（像波林一样，我们没有自己的照片，必须用阿斯特伯里的照片），因此这方面的一致性并不能证明我们模型的正确性。当然，要证明我们模型的正确性还差得很远。要做到这一点，我们必须同皇家学院研究小组合作。他们不仅具有相当好的仲晶体相的照片，而且拥有极好的结晶相的照片。我们建造的模型参照了仲晶体形式，而且至今我们还未搞清这些螺旋如何能聚集成结晶相。
一两天后，我和克里克将寄一篇短文给《自然》杂志，推荐我们的结构为可能的模型。同时，我们要强调这种结构的临时性及缺乏支持这种结构的证据。即使这种结构是错误的，我相信，它还是很有意思的。因为它提供了由互补链组成的结构实例。如果碰巧这种结构是正确的，那么我猜想这对于DNA能自我复制将带来一些不利影响。由于这些原因（除其他许多原因外），我喜欢这种模型胜过波林的模型，因为他的模型即便是正确的，也几乎没有告诉我们DNA的复制方式。
又及：我们希望你不要向波林提及这封信。给《自然》杂志的信写好后，我们会给他一份副本的。我们想把坐标告诉他。
（沃森，1953b）
沃森和克里克为了尽可能获得最匀称的骨架构象，他们求得了两条稍微不同的链的坐标。他们用一条铅垂线，逐个测量原子的位置和高度。他们不辞辛劳地计算键的长度，但对于范德瓦尔距离，他们只是用尺粗略地量了一下。由于他们没有测量工具，因此没有检查角度的大小。正如克里克所解释的那样：
我们想做的只是建立有理由可接受的坐标的模型。即使如此，你要知道，因为你算出了坐标还不够，还得验证这些坐标。现在要验算，只需把坐标数据输入计算机，就能获得有关键距和化学键角的全部数据，表明你所建构的模型是否正确。可是，当时我们没有这种计算机程序。如果有一个距离太小或太大，我就得验算全部距离并修正这些坐标。但是，由于我自己懒了一些，加上我不知道计算三点之间角度的公式，因此我不验算键角。所以，你会发现键距是相当正确的，但某些键角确实是差劲了些。
（克里克，1968/1972）
由于他们一心想得到一条匀称的骨架，结果碱基不足以接近分子的中心。磷酸桥（包括
′4键）都位于碱基平面上。从上面看碱基，磷酸桥的键形成一直线（OⅣPOⅢ
4）（见图21.9）。克里克认为，要是他们认识到“堆垛能量有多大，我们也许会把模型中的碱基位置放得再近一些”。
图21.9 该结构中，一条链的两个相继碱基的投影。投影方向同纤维轴平行。图上数字表示在较低碱基平面上方的每个原子的高度（录自克里克和沃森，1954，91）。
我想，在实际模型里，碱基应是重叠的。因此我认为，碱基可以说是朝中央紧靠着的，因而要使骨架稍稍变形。我认为，我们的模型之所以具有较大的半径，原因就在这里。
（克里克，1968/1972）
皇家学院承认这个模型
沃森和克里克在验算了模型的坐标后，一直忙于论文的打字。威尔金斯肯定收到了这篇论文。因为在3月18日，他写道：
你们俩真是一对宝贝，但你们很可能提出了十分重要的见解。我喜欢你们的想法。谢谢你们给我寄来了论文手稿。我感到有些气恼，因为我相信1∶1的嘌呤-嘧啶比率是很重要的，而且我已绘制了一张4平面基团草图并正准备深入研究这个问题。由于我又重新回到螺旋方案上来，因此要是我有时间的话，也许我已成功了。不过，没什么可发牢骚的——问题不在于谁提出，你们这一见解确是非常令人鼓舞的。
但是，我希望你们不要介意，在两个问题上我要讲几句不顺耳的话。第一，我认为，应给弗雷泽发表他的三链模型的机会。一年前，我们曾极力反对他这样做。因为当时我们想，我们会做得比他更好，结果却不是这么回事。我已给他发了个电报。我认为他的模型不及你们的，但是看起来要比波林的模型好得多。
第二，自从得到了三维数据，我们立刻看出没有反对螺旋的真凭实据，但R.F.（富兰克琳）仍武断地反对螺旋。最近，在解释仲晶体照片为螺旋方面，我已排除了一些困难。我们想发表一张能显示一般螺旋的照片及简短的说明，同时并排刊出你们的模型。至于弗雷泽的模型可编排在任何地方，因为这只是为了提供一些资料。
几天之后我就能把一切准备妥当。我想把这两件东西同时刊登出来，看上去一定是不错的。当然，我们没时间详细验证你们的模型，只能作很一般的核对。
我想上述建议是合情合理的，因此我希望迟一些发表你们的模型，你们是不会介意的。
刚才听说又有一个对手参加这场激烈的螺旋竞赛。R.F.及G.（戈斯林）已对我们一年前的想法重新作了修改。看来也要发表他们的文章（他们已全部写好了）。所以，《自然》杂志上至少要刊登三篇短文。建议对你们的文稿作如下修改：
可否删去这句句子：“大家知道，有许多尚未公布的实验材料。”（听起来有些挖苦人的味道）只是说：“当然该结构只有用更充分的实验材料验证后，才能认为是得到了证实，例如，8（指沃森-克里克论文中的参考文献8）。
删去“非常漂亮”，改成“皇家学院研究小组的工作始终激励着我们……”。
（威尔金斯，1953c）
这时，富兰克琳已转到伯克贝克学院，她在那里即将开始研究TMV结构。我们知道，在2月她又回到B图型，并提出一个问题：“双链（或单链螺旋）的证据呢？”到2月底，她正在仔细研究层线强度，并得出结论说：
B结构不符合单螺旋理论，即使对低层线来说也是如此。第一最大值的ξ值，对单股螺旋来说也太小了，更不用说对多股了……B结构如果是螺旋，也只能是单股螺旋。 因为如果是双股螺旋，为了使第5层线最大值符合J10（X），将要求γ= 17Å，这一数值太大了。
而后，她又研究半径为8.5Å的一个外侧螺旋，并得出两个重要结论：
如果上述的单股螺旋是B结构的基础，那么A结构可能也是类似的，其沿纤维轴的P-P距离＜3.4Å，可能为2～2.5Å（参见帕特森图上P-P峰位置表明为2Å，第11层线反射位置表明为2.5Å）。
这时，她认识到她早期提出的A型背靠背链结构不可能是“单股螺旋，因为B结构推翻了A结构（在纤维周期有7对）的原子对理论……”其次，她认识到，如果构成螺旋中的链不位于同等位置上，那么B型图是符合不止一股的情况的。取B型图的螺旋半径为8.5Å，核苷酸体积为336Å3，她算出重复中的核苷酸数为23。这表明B型图不是三重而是双股螺旋。
富兰克琳到伯克贝克学院工作后，她同戈斯林合写了一篇论文，总结了上述分析并得出结论：
该[B]结构不含有多于一根的等效同轴链，但不排除存在非等效同轴链的可能性。
由于在第四层线上完全没有内部最大值，这表明，如果存在两根非等效的同轴链，那么在纤维轴方向，它们是相距3/8的纤维轴周期，即1.3Å。
（富兰克琳和戈斯林，1953a）
人们可以说富莱克琳和戈斯林小心地移动到正确的方向，所以在几天后他们看到沃森-克里克的打印文稿时，只需对他们的那部分工作稍作修改就可适合于已在3月17日确定的想法，以支持沃林-克里克模型（富莱克琳和戈斯林，1953c）。[2]在那年的下半年，他们随即分析了A型（富莱克琳和戈斯林，1953d）。
德布吕克接受这个模型
沃森和克里克为了证实他们的模型在立体化学上是否行得通而勤奋工作时，帕萨迪纳也在开展这方面的研究。德布吕克参加了3月4日（星期四）由波林组织的讨论会。会上，他介绍了他提出的模型并解释了舍马克所作的修正。西赛默也在场。讨论会结束后，德布吕克和他一同去见波林。西赛默指出，他对DNA所作的顺序分析（西赛默，1952）排除了把查格夫比率归因于核苷酸顺序的可能性。这一定同某些结构特点有关，但波林的模型并没有反映出这种关系。他们还指出，磷酸盐是带电的，因此会相互排斥。不言而喻，波林为自己的模型作了辩护，并强调了支持他的模型的晶体学证据（西赛默，私人通信）。
两个星期后，德布吕克邀请波林到他的办公室去，给他看了沃森3月12日的来信。波林看完信后，眼里闪烁着喜悦的光芒，对德布吕克说：“你没有看过信的结尾，对吗？”正如德布吕克向沃森所解释的：
我决定不理睬你在信中最后所说的，希望我不要把你的这封信给波林看。这是因为：一、已向他作出许诺，如果收到你的来信就给他看；二、我想让我们实验室的其他人也知道你信中的内容，因此，他总会知道的；三、我了解他拼命想知道你搞出了什么名堂；四、你信中说，过几天你会告诉他的。最后一个原因，但也不是最不重要的原因：你也知道，我讨厌在科学问题上采取保密态度。
波林、西赛默和我对于你的模型都深感震动。波林说，他希望立即能收到一份皇学学院研究人员所获得的数据，而且他们理应解决了主要问题。
（德布吕克，1953b）
3月的第三个星期，沃森急忙赶到巴黎，就转化因子失活问题同哈丽雅特·埃弗鲁西-泰勒一起进行实验。他一返回，就立刻写信给波林，信上署名的还有克里克。信中附去他们给《自然》杂志的信件副本。信的标题为《脱氧核糖核酸的结构》。他们告诉波林，皇家学院的研究人员也将发表某些实验数据。当时，他们从彼得·波林那儿得知，他的父亲在前往比利时参加索尔维会议途中，在复活节时将去剑桥访问。他们在信中写道：“我们极其高兴地期待着你的来访，这对我们全面讨论DNA提供了一个难得的机会。由于布拉格教授还不知道这件事，因此请你对这（论文）再保密几天。”（沃森和克里克，1953a）当时，布拉格因患流感仍卧床休息。
沃森也把他们写给《自然》杂志的信件副本寄给了德布吕克。从给德布吕克的信中，我们知道沃森知克里克已同威尔金斯达成一项协议，根据这项协议，皇家学院研究小组的其他成员将比较分析该模型的全部实验数据。沃森接着写道：
关于几天前，我们认为在（腺嘌呤-胸腺嘧啶）与（鸟嘌呤-胞嘧啶）之间的等价问题，我征求了巴斯德研究所怀亚特的意见。他告诉我，他发现对碱基的分析越精细，1∶1等价性越明显。这种1∶1的比率关系也适用于5甲基-羟基胞嘧啶，经仔细分析后发现，这种胞嘧啶等于鸟嘌呤。
（沃森，1953c）
模型的公布
3月底，威尔金斯终于能写信给克里克：
你听到下面的消息一定会感到宽慰（我也是）：盖尔（《自然》杂志编辑）那里完全没问题，大约在4月25日就能出版。但在最后一刻曾乱作一团——没有重新打字的人（波林帮助我们摆脱了困境），两张遗失的图纸，在长时间寻找后才发现在兰德尔的包里和罗齐的房间里。如果波林对这篇论文感兴趣，请把我的这份草稿给他看。
（威尔金斯，1953d）
这些论文确实在4月25日的《自然》杂志上刊出——先是沃森和克里克的论文，接下去的是威尔金斯、斯托克斯和威尔逊写的论文，最后是富兰克琳和戈斯林的论文。
与此同时，沃森和克里克正忙于撰写一篇题为《这种结构的遗传学含义……》的推测性论文。在送交《自然》杂志的第一篇论文里，他们只是说：“我们已注意到，我们提出的特定配对已表明了遗传物质可能有的复制机理。”（1953b，737）在第二篇论文里他们提出，这一过程涉及同轴链的分离，每根链作为制作互补多核苷酸链的模板，这样，在原来只有一根螺旋的地方产生了两条双螺旋。这篇论文中讨论了这里面所涉及的问题。最后，他们强调了他们的这个方案纯属推测。
即使这个方案是正确的，从我们所谈的情况中，可清楚地知道还有许多问题有待进一步探索，然后才能详细说明遗传复制。什么是多核苷酸前体？什么使成对的链解开和分离？什么是蛋白质的确切作用？染色体是一对长的脱氧核糖核酸链，还是一段段由蛋白质连接的脱氧核糖核酸所组成？
尽管还有这些疑问，我们依然觉得我们为脱氧核糖核酸提出的结构，也许有助于解决基本的生物学问题之一——遗传复制中所需模板的分子基础。我们这里的假设是，模板是由一条脱氧核糖核酸链形成的碱基图型以及基因含有这些模板的互补对。
（沃森和克里克，1953c，966～967）
沃森周围那些人的激动和热情几乎使他受不住。他开始在想，他们的结构也许是正确的。早些时候，他向德布吕克透露，他不准备理睬发现DNA的所有太会引起争论的要求。“我对于我们的DNA结构，有着一种相当奇怪的感情。如果这个结构是正确的，我们显然应锲而不舍。另一方面，很难办到在同一时刻完全不考虑核酸却又专心研究生命的其他方面。我在巴黎时，这种精神状态支配了我……”（沃森，1953c）一个月后，他描述了剑桥发生的事件，并吐露了他的不安：
克里克很想再给《自然》杂志写篇论文。为了求得太平，我同意了。由于盖尔（《自然》杂志编辑）同布拉格关系密切，因此，这篇论文不久就将刊出。我觉得很尴尬，因为教授（布拉格）极欣赏此文，并坚持要广泛宣传这篇文章。我们建立模型后，布拉格才知道什么是DNA或基因，因此，他对我们原来发表在《自然》杂志上的那篇文章的反应是，“我对此一窍不通”。但是，当我们使他信服，DNA可能是很有兴趣后，他变得按捺不住了，因此我又得花很多时间去贬低我们的模型，因为我常常担心我们模型的正确性，说不定最终证明那是我干的蠢事。
然而，布拉格像往常一样地兴高采烈，甚至把这件事告诉了报界，因此，在上星期五的《克劳奈特新闻》上刊登了一篇关于剑桥大学发现生命奥秘的报道。这篇报道立即招来了《时代》周刊记者对布拉格的采访。我很怕在美国期间，会看到这篇似是而非的新闻报道。
（沃森，1953d）
后来，沃森要求克里克不要再在电台里重复他已广播过的内容了。沃森从帕萨迪纳写给克里克的信中说：“…我仍想，好曲不唱三遍。现在依然有人认为我们剽窃了别人的数据。我相信，多几个敌人总比多几个崇拜者要坏……我主要关心的是，不要卷入进去，因为我害怕在剑桥那样。”（沃森，1953g）克里克则强调说，他的这篇讲话并不是信口雌黄，“完全是对这种结构作直截了当的介绍”（克里克，1968/1972）。
冷泉港
在1953年举行的冷泉港会议上，病毒成了讨论的课题。因此，噬菌体小组的许多成员参加了会议。当然不会错过良机，在这次会议上不会不提出沃森-克里克模型的。6月5日，在会议开幕那天，德布吕克终于宣布“对大会议程新增加一项内容……”
几个月前，由沃森和克里克发现的一种DNA结构及该结构使人产生许多与复制有关的联想，看来同本次会议讨论的所有问题有相当密切的关系，因此我们认为，把有关这种结构而写给《自然》杂志的三封信的副本分发给与会者，并邀请沃森博士参加会议是很值得的……
（德布吕克，1953c，2）
赫尔希宣称，噬菌体研究人员终于“第一次有了德布吕克常说的政党路线。对生物学家来说，这也是第一次获得了与功能有关的化学结构……”（赫尔希，1868，100）。科恩宣称：“只是在沃森和克里克发现了DNA结构后，噬菌体研究人员才对噬菌体DNA的可能作用有了透彻的了解，这主要是1953年夏天，在冷泉港会议上将DNA结构的情况通报给病毒学家的。”（科恩，1968，25）
当时，尽管德布吕克和波林都认识到关于DNA复制机制还有一些问题有待解答，但他们并没有因此而影响到他们的热情。1953年4月6—14日，也就是沃森和克里克描述他们结构的第一篇论文发表前，在比利时召开的索尔维会议上，波林说：
虽然我和科里教授提出的核酸结构，从发表到现在只有两个月的时间，但是我认为，我们必须承认，这一个结构可能是错误的。
几天前，我刚听说，伦敦皇家学院的威尔金斯博士及他的同事们已经证明有两种不同形式的胸腺核酸钠。它们有不同的X光图式。而我们的X光照片以及过去阿斯特伯里和贝尔拍摄的X光照片显示了这两种图式的重叠情况。这把我们引入歧途：我们想提出一种结构，既能说明一种图式的特点（3.4Å的子午线反射），又能反映另一种图式的特点（27Å重复）。
我们还得出结论：氮基团不会靠近螺旋分子的轴线。这一结论来源于我们这样的看法：每个核苷酸残基应为任何氮基（无论是嘌呤还是嘧啶）提供适宜的地方。这一结构已被沃森和克里克证明是不能成立的。他们提出的结构，具有一个异乎寻常的特点，就是在靠近螺旋轴的地方，有着嘌呤-嘧啶对（鸟嘌呤-胞嘧啶，腺嘌呤-胸腺嘧啶）。
这一结构虽然可能还要作进一步改进，但我感到，沃森-克里克结构很可能是基本正确的。这两条链的互补性表明了两步复制一条链的机制——分子机制很可能是性状遗传传递的机制。
我想，沃森和克里克提出的这种结构，最终也许将证明是近年来分子遗传学领域里所取得的最伟大的进展。
（波林，1953e，113）
5月1日，沃森在剑桥彼得豪斯的哈迪俱乐部发表了一篇讲话。像他惯常做的那样，他的题目是低调的：《谈谈脱氧核糖核酸》。回到加利福尼亚后，德布吕克激动地写信给沃森：
我有一种感觉，如果你们的结构是正确的，而且涉及复制性质的有关启示也是确实的，那么正是乱了套了，理论生物学将进入一个非常动乱的时期。只有一部分将涉及分析化学和结构化学。更重要的部分将是重新看待遗传学和细胞学的许多问题，在过去的四十年里这些问题走进了死胡同。
（德布吕克，1953d）
【注释】
[1]注意在G—C对上没有第三个氢键，这是有意不画的。
[2]在本书的《后记》中，有对这一问题的进一步讨论。
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