今年7月28日，當(dāng)代最偉大的生物學(xué)家之一,、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的共同發(fā)現(xiàn)者弗朗西斯·克里克(Francis Crick)在美國(guó)圣地亞哥逝世,。克里克晚年在圣地亞哥的索爾克生物學(xué)研究所工作,，幾年前,，筆者曾經(jīng)在該所做過(guò)博士后研究，與他有數(shù)面之緣,，聆聽(tīng)過(guò)他的教誨,。不過(guò)給我印象最深的，還是他那輛掛著“ATCG”(表示DNA的堿基配對(duì))車牌的寶馬車總是早早地停在專用車位上,。9月27日,，索爾克研究所舉行追悼?jī)x式，在該所工作的一個(gè)中國(guó)人來(lái)函建議我寫一篇紀(jì)念文章,。當(dāng)我正在構(gòu)思的時(shí)候,，10月6日又傳來(lái)了莫里斯·威爾金斯(Maurice Wilkins)逝世的消息,。這兩名英國(guó)生物學(xué)家由于在1953年發(fā)現(xiàn)核酸(DNA)的分子結(jié)構(gòu)及其在生物物質(zhì)信息傳遞中的作用，而與美國(guó)生物學(xué)家詹姆斯·沃森(James Watson)分享了1962年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng),，現(xiàn)在他們又在同一年先后逝世,，而且兩人年紀(jì)相同，都出生于1916年,。一起做出這個(gè)重大發(fā)現(xiàn)的英國(guó)女化學(xué)家羅莎琳德·富蘭克林(Rosalind Franklin)早在1958年因患癌癥逝世(因?yàn)殚L(zhǎng)期接觸X射線引起的),，年僅38歲，使得諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)給這個(gè)發(fā)現(xiàn)頒獎(jiǎng)時(shí),，已無(wú)需因?yàn)橐淮巫疃嘀荒塥?jiǎng)給三個(gè)人而為取舍大傷腦筋了,。沃森(出生于1928年)也垂垂老矣，一個(gè)時(shí)代即將結(jié)束,，但是他們的英雄業(yè)績(jī),，將永遠(yuǎn)流傳。

　　20世紀(jì)40年代末和50年代初,，在DNA被確認(rèn)為遺傳物質(zhì)之后，生物學(xué)家們不得不面臨著一個(gè)難題：DNA應(yīng)該有什么樣的結(jié)構(gòu),，才能擔(dān)當(dāng)遺傳的重任,？它必須能夠攜帶遺傳信息，能夠自我復(fù)制傳遞遺傳信息,，能夠讓遺傳信息得到表達(dá)以控制細(xì)胞活動(dòng),，并且能夠突變并保留突變。這4點(diǎn),，缺一不可,，如何建構(gòu)一個(gè)DNA分子模型解釋這一切？

　　當(dāng)時(shí)主要有三個(gè)實(shí)驗(yàn)室?guī)缀跬瑫r(shí)在研究DNA分子模型,。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)室是倫敦國(guó)王學(xué)院的威爾金斯,、弗蘭克林實(shí)驗(yàn)室，他們用X射線衍射法研究DNA的晶體結(jié)構(gòu),。當(dāng)X射線照射到生物大分子的晶體時(shí),，晶格中的原子或分子會(huì)使射線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，根據(jù)得到的衍射圖像,，可以推測(cè)分子大致的結(jié)構(gòu)和形狀,。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)室是加州理工學(xué)院的大化學(xué)家萊納斯·鮑林(Linus Pauling)實(shí)驗(yàn)室。在此之前,，鮑林已發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的a螺旋結(jié)構(gòu),。第三個(gè)則是個(gè)非正式的研究小組，事實(shí)上他們可說(shuō)是不務(wù)正業(yè),。23歲的年輕的遺傳學(xué)家沃森于1951年從美國(guó)到劍橋大學(xué)做博士后時(shí),，雖然其真實(shí)意圖是要研究DNA分子結(jié)構(gòu),，掛著的課題項(xiàng)目卻是研究煙草花葉病毒。比他年長(zhǎng)12歲的克里克當(dāng)時(shí)正在做博士論文,，論文題目是“多肽和蛋白質(zhì)：X射線研究”,。沃森說(shuō)服與他分享同一個(gè)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(xué)方面的知識(shí),。他們從1951年10月開(kāi)始拼湊模型,，幾經(jīng)嘗試，終于在1953年3月獲得了正確的模型,。關(guān)于這三個(gè)實(shí)驗(yàn)室如何明爭(zhēng)暗斗,，互相競(jìng)爭(zhēng)，由于沃森一本風(fēng)靡全球的自傳《雙螺旋》而廣為人知,。值得探討的一個(gè)問(wèn)題是：為什么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(shí)驗(yàn)資料,，又不像鮑林那樣有建構(gòu)分子模型的豐富經(jīng)驗(yàn)(他們兩個(gè)人都是第一次建構(gòu)分子模型)，卻能在這場(chǎng)競(jìng)賽中獲勝,？

　　這些人中,，除了沃森，都不是遺傳學(xué)家,，而是物理學(xué)家或化學(xué)家,。威爾金斯雖然在1950年最早研究DNA的晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)卻對(duì)DNA究竟在細(xì)胞中干什么一無(wú)所知,，在1951年才覺(jué)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(xì)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(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上看到一篇核酸結(jié)構(gòu)的論文，覺(jué)得荒唐可笑,，為了反駁這篇論文,，才著手建立DNA分子模型。他是把DNA分子當(dāng)作化合物,，而不是遺傳物質(zhì)來(lái)研究的,。這兩個(gè)研究小組完全根據(jù)晶體衍射圖建構(gòu)模型，鮑林甚至根據(jù)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(xué)功能,，單純根據(jù)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,。

　　沃森在1951年到劍橋之前，曾經(jīng)做過(guò)用同位素標(biāo)記追蹤噬菌體DNA的實(shí)驗(yàn),，堅(jiān)信DNA就是遺傳物質(zhì),。據(jù)他的回憶,，他到劍橋后發(fā)現(xiàn)克里克也是“知道DNA比蛋白質(zhì)更為重要的人”。但是按克里克本人的說(shuō)法,，他當(dāng)時(shí)對(duì)DNA所知不多,，并未覺(jué)得它在遺傳上比蛋白質(zhì)更重要，只是認(rèn)為DNA作為與核蛋白結(jié)合的物質(zhì),，值得研究,。對(duì)一名研究生來(lái)說(shuō)，確定一種未知分子的結(jié)構(gòu),，就是一個(gè)值得一試的課題,。在確信了DNA是遺傳物質(zhì)之后，還必須理解遺傳物質(zhì)需要什么樣的性質(zhì)才能發(fā)揮基因的功能,。像克里克和威爾金斯,，沃森后來(lái)也強(qiáng)調(diào)薛定諤的《生命是什么？》一書(shū)對(duì)他的重要影響,，他甚至說(shuō)他在芝加哥大學(xué)時(shí)讀了這本書(shū)之后,，就立志要破解基因的奧秘。如果這是真的,，我們就很難明白,，為什么沃森向印第安那大學(xué)申請(qǐng)研究生時(shí)，申請(qǐng)的是鳥(niǎo)類學(xué),。由于印第安那大學(xué)動(dòng)物系沒(méi)有鳥(niǎo)類學(xué)專業(yè)，在系主任的建議下,，沃森才轉(zhuǎn)而從事遺傳學(xué)研究,。當(dāng)時(shí)大遺傳學(xué)家赫爾曼·繆勒(Hermann Muller)恰好正在印第安那大學(xué)任教授，沃森不僅上過(guò)繆勒關(guān)于“突變和基因”的課(分?jǐn)?shù)得A),，而且考慮過(guò)要當(dāng)他的研究生,。但覺(jué)得繆勒研究的果蠅在遺傳學(xué)上已過(guò)了輝煌時(shí)期，才改拜研究噬菌體遺傳的薩爾瓦多·盧里亞(Salvador Luria)為師,。但是,，繆勒關(guān)于遺傳物質(zhì)必須具有自催化、異催化和突變?nèi)匦缘挠^念,，想必對(duì)沃森有深刻的影響,。正是因?yàn)槲稚涂死锟藞?jiān)信DNA是遺傳物質(zhì)，并且理解遺傳物質(zhì)應(yīng)該有什么樣的特性,，才能根據(jù)如此少的數(shù)據(jù),，做出如此重大的發(fā)現(xiàn)。

　　他們根據(jù)的數(shù)據(jù)僅有三條：第一條是當(dāng)時(shí)已廣為人知的,，即DNA由6種小分子組成：脫氧核糖,，磷酸和4種堿基(A,、G、T,、C),，由這些小分子組成了4種核苷酸，這4種核苷酸組成了DNA,。第二條證據(jù)是最新的,，弗蘭克林得到的衍射照片表明，DNA是由兩條長(zhǎng)鏈組成的雙螺旋,，寬度為20埃,。第三條證據(jù)是最為關(guān)鍵的。美國(guó)生物化學(xué)家埃爾文·查戈夫(Erwin Chargaff)測(cè)定DNA的分子組成,，發(fā)現(xiàn)DNA中的4種堿基的含量并不是傳統(tǒng)認(rèn)為的等量的,，雖然在不同物種中4種堿基的含量不同，但是A和T的含量總是相等,，G和C的含量也相等,。

　　查加夫早在1950年就已發(fā)布了這個(gè)重要結(jié)果，但奇怪的是,，研究DNA分子結(jié)構(gòu)的這三個(gè)實(shí)驗(yàn)室都將它忽略了,。甚至在查加夫1951年春天親訪劍橋，與沃森和克里克見(jiàn)面后,，沃森和克里克對(duì)他的結(jié)果也不加重視,。在沃森和克里克終于意識(shí)到查加夫比值的重要性，并請(qǐng)劍橋的青年數(shù)學(xué)家約翰·格里菲斯(John Griffith)計(jì)算出A吸引T,，G吸引C,，A＋T的寬度與G＋C的寬度相等之后，很快就拼湊出了DNA分子的正確模型,。

　　沃森和克里克在1953年4月25日的《自然》雜志上以1000多字和一幅插圖的短文公布了他們的發(fā)現(xiàn),。在論文中，沃森和克里克以謙遜的筆調(diào),，暗示了這個(gè)結(jié)構(gòu)模型在遺傳上的重要性：“我們并非沒(méi)有注意到,，我們所推測(cè)的特殊配對(duì)立即暗示了遺傳物質(zhì)的復(fù)制機(jī)理。”在隨后發(fā)表的論文中,，沃森和克里克詳細(xì)地說(shuō)明了DNA雙螺旋模型對(duì)遺傳學(xué)研究的重大意義：一,、它能夠說(shuō)明遺傳物質(zhì)的自我復(fù)制。這個(gè)“半保留復(fù)制”的設(shè)想后來(lái)被馬修·麥賽爾遜(Matthew Meselson)和富蘭克林·斯塔勒(Franklin W.Stahl)用同位素追蹤實(shí)驗(yàn)證實(shí),。二,、它能夠說(shuō)明遺傳物質(zhì)是如何攜帶遺傳信息的。三,、它能夠說(shuō)明基因是如何突變的,?；蛲蛔兪怯捎趬A基序列發(fā)生了變化，這樣的變化可以通過(guò)復(fù)制而得到保留,。

　　但是遺傳物質(zhì)的第四個(gè)特征,，即遺傳信息怎樣得到表達(dá)以控制細(xì)胞活動(dòng)呢？這個(gè)模型無(wú)法解釋,，沃森和克里克當(dāng)時(shí)也公開(kāi)承認(rèn)他們不知道DNA如何能“對(duì)細(xì)胞有高度特殊的作用”,。不過(guò)，這時(shí),，基因的主要功能是控制蛋白質(zhì)的合成,，這種觀點(diǎn)已成為一個(gè)共識(shí)。那么基因又是如何控制蛋白質(zhì)的合成呢,？有沒(méi)有可能以DNA為模板,，直接在DNA上面將氨基酸連接成蛋白質(zhì)？在沃森和克里克提出DNA雙螺旋模型后的一段時(shí)間內(nèi),，即有人如此假設(shè),，認(rèn)為DNA結(jié)構(gòu)中，在不同的堿基對(duì)之間形成形狀不同的“窟窿”,，不同的氨基酸插在這些窟窿中,，就能連成特定序列的蛋白質(zhì)。但是這個(gè)假說(shuō),，面臨著一大難題：染色體DNA存在于細(xì)胞核中,，而絕大多數(shù)蛋白質(zhì)都在細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)由大分子無(wú)法通過(guò)的核膜隔離開(kāi),，如果由DNA直接合成蛋白質(zhì),，蛋白質(zhì)無(wú)法跑到細(xì)胞質(zhì)。另一類核酸RNA倒是主要存在于細(xì)胞質(zhì)中,。RNA和DNA的成分很相似，只有兩點(diǎn)不同,，它有核糖而沒(méi)有脫氧核糖,，有尿嘧啶(U)而沒(méi)有胸腺嘧啶(T)。早在1952年,，在提出DNA雙螺旋模型之前,，沃森就已設(shè)想遺傳信息的傳遞途徑是由DNA傳到RNA，再由RNA傳到蛋白質(zhì),。在1953～1954年間,，沃森進(jìn)一步思考了這個(gè)問(wèn)題。他認(rèn)為在基因表達(dá)時(shí),，DNA從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移到了細(xì)胞質(zhì),，其脫氧核糖轉(zhuǎn)變成核糖,，變成了雙鏈RNA，然后再以堿基對(duì)之間的窟窿為模板合成蛋白質(zhì),。這個(gè)過(guò)于離奇的設(shè)想在提交發(fā)表之前被克里克否決了,。克里克指出,，DNA和RNA本身都不可能直接充當(dāng)連接氨基酸的模板,。遺傳信息僅僅體現(xiàn)在DNA的堿基序列上，還需要一種連接物將堿基序列和氨基酸連接起來(lái),。這個(gè)“連接物假說(shuō)”,，很快就被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了。

　　1958年,，克里克提出了兩個(gè)學(xué)說(shuō),，奠定了分子遺傳學(xué)的理論基礎(chǔ)。第一個(gè)學(xué)說(shuō)是“序列假說(shuō)”,，它認(rèn)為一段核酸的特殊性完全由它的堿基序列所決定,，堿基序列編碼一個(gè)特定蛋白質(zhì)的氨基酸序列，蛋白質(zhì)的氨基酸序列決定了蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),。第二個(gè)學(xué)說(shuō)是“中心法則”,，遺傳信息只能從核酸傳遞給核酸，或核酸傳遞給蛋白質(zhì),，而不能從蛋白質(zhì)傳遞給蛋白質(zhì),，或從蛋白質(zhì)傳回核酸。沃森后來(lái)把中心法則更明確地表示為遺傳信息只能從DNA傳到RNA,，再由RNA傳到蛋白質(zhì),，以致在1970年發(fā)現(xiàn)了病毒中存在由RNA合成DNA的反轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象后，人們都說(shuō)中心法則需要修正,，要加一條遺傳信息也能從RNA傳到DNA,。事實(shí)上，根據(jù)克里克原來(lái)的說(shuō)法,，中心法則并無(wú)修正的必要,。

　　堿基序列是如何編碼氨基酸的呢？克里克在這個(gè)破譯這個(gè)遺傳密碼的問(wèn)題上也做出了重大的貢獻(xiàn),。組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種,，而堿基只有4種，顯然,，不可能由1個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸,。如果由2個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸，只有16種(4的2次方)組合，也還不夠,。因此,，至少由3個(gè)堿基編碼1個(gè)氨基酸，共有64種組合,，才能滿足需要,。1961年，克里克等人在噬菌體T4中用遺傳學(xué)方法證明了蛋白質(zhì)中1個(gè)氨基酸的順序是由3個(gè)堿基編碼的(稱為1個(gè)密碼子),。同一年,，兩位美國(guó)分子遺傳學(xué)家馬歇爾·尼倫伯格(Marshall Nirenberg)和約翰·馬特哈伊(John Matthaei)破解了第一個(gè)密碼子。到1966年,，全部64個(gè)密碼子(包括3個(gè)合成終止信號(hào))被鑒定出來(lái),。作為所有生物來(lái)自同一個(gè)祖先的證據(jù)之一，密碼子在所有生物中都是基本相同的,。人類從此有了一張破解遺傳奧秘的密碼表,。

　　DNA雙螺旋模型(包括中心法則)的發(fā)現(xiàn)，是20世紀(jì)最為重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一,，也是生物學(xué)歷史上惟一可與達(dá)爾文進(jìn)化論相比的最重大的發(fā)現(xiàn),，它與自然選擇一起，統(tǒng)一了生物學(xué)的大概念,，標(biāo)志著分子遺傳學(xué)的誕生,。這門綜合了遺傳學(xué)、生物化學(xué),、生物物理和信息學(xué),，主宰了生物學(xué)所有學(xué)科研究的新生學(xué)科的誕生，是許多人共同奮斗的結(jié)果,，而克里克,、威爾金斯、弗蘭克林和沃森,，特別是克里克,，就是其中最為杰出的英雄。