不可思议的科学史/鬼谷藏龙

**章：双螺旋开启生命科学时代 如果让我说，现代生命科学是从何时开始的，那我会毫不迟疑地回答：“是在二十世纪中叶DNA双螺旋结构被发现的那一刻。” 然而诡谲的是，*早打开新时代大门的科学家，按照今天的标准来看——是两个门外汉。 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。 坦白讲，三十一岁的克里克当时的处境有些尴尬。大部分科学家在这个年纪已经有所建树了，但由于克里克的求学之路比较坎坷，所以他一直默默无闻。他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，当时整个英国危在旦夕，自然也顾不上搞学术了。 而克里克作为高才生，也必须响应国家征召，从事一些对国家安全有利的工作，于是他就稀里糊涂地被调到了隶属于军队的某个研究部门研究水雷，这份工作克里克完成得相当不错，据说经过他改进的水雷对德国的军舰会更加敏感，也更难清扫一些。 然而随着第二次世界大战落下帷幕，军队的预算当然也随之停止，于是克里克又失业了。好在英国政府还算厚道，没有忘了他在战争中的功劳，所以推荐他到剑桥大学重新开始自己 的求学之路。 可是应该再去研究什么呢？正在纠结这个问题的时候，有一本书进入了他的视野，那就是著名物理学家薛定谔写的《生命是什么》。坦白讲，薛定谔作为一个物理学家对于生命科学也不见得有多了解，只不过那个年代的生命科学也很难称为科学，所以诸多人发表见解。 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也是大为赞同，但对他而言，影响*为深远的是书里面的一句话： 二十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*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，而这一切都被一个人看在眼里，他就是美国科学家詹姆斯· 杜威· 沃森。 1951 年，二十三岁的年轻遗传学家沃森从美国到剑桥大学做博士后时，就一直在寻找一个可以和他干大事的合伙人，沃森的目标很明确，他要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 的本质是一种脱氧核糖核酸，或者说多聚脱氧核苷酸。DNA 由无数被称为脱氧核苷酸的小分子聚合而成，而更精细一些的话，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。这个含氮碱基有四种可能性：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DNA 这种大分子的，则是众多科学家要研究的关键。 与此同时，DNA 的重要性确实日益浮现。比如，著名的肺炎双球菌转化实验证明，只有DNA 可以将光滑型肺炎双球菌转化成粗糙型肺炎双球菌。许多类似这样的实验不断间接证 明，DNA 是编码生命底层代码的物质。因此，当时的人们普遍相信，解析了DNA 的物质结构，就可以了解生命的终极规律。但是DNA 代码的复杂程度远超我们的想象。 当时年轻气盛的沃森与克里克两人可谓相见恨晚，于是一拍即合，决心要将此作为自己一战成名的契机。只是他们忽略了一件事，他俩不是这个专业的，沃森本来是搞病毒的，克里克本来是搞物理的。 还有一个更糟心的消息，他们的竞争对手刚好就是当时世界排名**的结构生物学家——莱纳斯· 卡尔· 鲍林。鲍林之前曾经破解过蛋白质的结构，了解生物的小伙伴们应该知道蛋白质的结构可比DNA 复杂多了。因此，有着十几年破解蛋白质结构经验的鲍林要破解DNA 结构，可以说只是时间问题。 为了战胜这个强大的对手，弗朗西斯·克里克和詹姆斯·杜威·沃森这俩门外汉找来了一个强力外援，他的名字叫作莫里斯· 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。有了威尔金斯这个外援，门外汉二人组心里顿时踏实了许多。 而在另一边，鲍林其实基本没怎么把这个课题放在心上，毕竟自己在结构生物学领域早就无敌了，但他大概忘了自以为无敌的人通常的下场。可能是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，而开着上帝视角的小伙伴们当然知道，DNA 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，这种错误足以令鲍林这种级别的化学家身败名裂。 因为磷酸基团一般都带有非常多的负电荷，三股多聚磷酸链拧到一起，彼此会出现极其强烈的电荷斥力，足以让这样的DNA当场散架。 但不得不说，在那个年代，一般的年轻科学家还真的不怎么敢质疑鲍林，所以鲍林那明显有问题的模型在一开始也误导了沃森和克里克。他们跟在鲍林身后亦步亦趋，苦思冥想着能在鲍林的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。 突然有一天，门外汉二人组看到了当时在科学界存在感很低的查戈夫的一篇论文，这篇论文看上去平淡无奇，实验做得也很粗糙，就是那种丢在论文堆里没人会待见的文章。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 的一个很普适的特征。正是这篇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。这些事实隐约揭示出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。 尽管当时除此以外，DNA 的双螺旋结构还没有任何证据可言，但沃森和克里克眼看在之前的三螺旋模型中一直苦苦寻求不到突破，便决定死马当活马医，试试双螺旋DNA 的可能性。结果他们的工作还真就“嗖”的一下突飞猛进，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。 很快这事就传到了鲍林那里，但鲍林对这事也是将信将疑。这个时候的鲍林表现出了一位“德高望重”的科学家应有的素质——他决定派个卧底去探探。这个身负重要使命的卧底，正是鲍林的儿子，我们就叫他“小鲍告”。 不久之后，小鲍告就以博士后交流的名义来到沃森和克里克的实验室的隔壁实验室“学习”。“日防夜防，家贼难防”， 小鲍告来到沃森和克里克的实验室隔壁以后，果然没有让他爹失望，他迅速投入了他几乎所有的精力来——追女生。 小鲍告读书不认真着实让沃森放松了警惕。直到“学成归来”，小鲍告也没有打出一份足够让他爹满意的小报告，接下来大概就要轮到鲍林打小鲍告了。但是鲍林不会因此满盘皆输，别忘了，他是业内顶级大佬。 这时，正在实验室里吭哧吭哧干活儿的沃森突然想起来， 他们之前好像找了威尔金斯这个外援，但这个外援咋还在偷懒呢？ 原来，威尔金斯压根儿就对DNA 的结构不感兴趣，做了几次不太成功的实验以后就几乎啥也没再干过。但是，威尔金斯身边恰好有一位特立独行的女同事，她叫罗莎琳德· 富兰克林。 在那个年代，科学刚从哲学中独立出来不久，所以业界到处都是难上加难。然而富兰克林却选择迎难而上，至少在一年的时间里，富兰克林可能是全球唯一一个还在坚持做DNA 分子X 射线衍射实验的科学家。 正是富兰克林带给了沃森与克里克*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。然而或许是受那个时代女性社会地位的影响，富兰克林出于某种自我保护机制，养成了非常毒舌的性格。不过这也反过来导致她和周围同事的关系都很僵。因此，早些时候沃森、克里克和威尔金斯都对她敬而远之，也不太清楚她的具体工作，一直到后来DNA 双螺旋模型取得突破后，他们的关系才慢慢缓和。 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。没错，就是那张被印在一代又一代教科书上的“诡异”图片。简单来说，你可以理解为这是一张DNA 双螺旋的正面照。虽然由于衍射会显得有些失真，但是根据相关公式， 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*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当于在公布正确答案了！ 富兰克林所属的研究机构在**时间没有通知沃森等人，反而是邀请了鲍林过来欣赏这张DNA 的高清无码大图，只可惜那时候没有网络，要看别人的*新成果*快的方法就是亲自跑去看。 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？ 这还得从之前鲍林得的诺贝尔奖说起。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，结果就得罪了不少美国的权势人物，这些冤家到处游说鲍林可能是苏联的间谍。 恰逢那段时间美国政坛有个叫作麦卡锡的议员权势熏天， 而这位老哥是个偏激魔怔人，在他*癫狂的那段日子里，美国的科学家、商人、报刊记者、好莱坞演员都要被抓去轮流政审。在这样的环境下，几句谗言就足以让鲍林成为“有问题的人物”而被没收护照。 总之，这样一来机会又阴错阳差地落到了门外汉二人组身上，没过多久，沃森和克里克就发表了一篇一千字左右的超高性价比论文，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。在那篇千字论文的*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*终开启了生命科学新的时代。