DNA心计

距今整整60年前的那个春天，两位年轻的科学家构建出dna结构模型，轰动世界。这是20世纪下半叶最重要的科学发现，也是生物学自达尔文提出物种起源理论以来最重要的进展。

21世纪可以说是基因的世纪，基因专利的商业价值也日益突显。此时回望60年前的那段历史，有许许多多让人意想不到的曲曲折折。

这当中，科学家群体的雄心、竞争和心计展露无遗，而沃森和克里克这两个初出茅庐的无名之辈，如何异想天开地“站在巨人的脚趾上”，于激烈的“科学竞赛”中击败那些功底深厚、学识渊博的名流大腕，也有颇多耐人寻味之处。

这当中，还有一个极富争议的话题：沃森和克里克解开DNA结构的关键线索，是女科学家富兰克林所拍摄的一张DNA晶体衍射图片，然而，它却是在其生前并不知情的情况下被“盗用”的。

“突破”前夜的困惑

当第二次世界大战临近结束的时候，一门把生物学、化学和物理学融合在一起，从分子水平上研究生命现象物质基础的学科——分子生物学，渐渐地有了一个雏形。1944年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔在《什么是生命？》一书中，非常清楚地表达了一个信念：生命的基本特征就是能够储存和传递信息，亦即遗传密码能够代代相传。基因是活细胞的关键组成部分，要懂得什么是生命，就必须知道基因是如何发挥作用的。他还认为，遗传密码必须由分子来“书写”，因为只有这样才能将复杂而紧凑的信息“装进”小小的细胞里。

生物学家将“承载遗传信息的最小单位”称为“基因”，可当时没人知道基因到底什么样，它“寄存”在哪里？人们普遍认为基因是一种特殊类型的蛋白质分子。此前，细胞核中的染色体已被证实在遗传过程中起到关键作用，它主要由脱氧核糖核酸（DNA）和蛋白质组成，而染色体中蛋白质要比DNA多一些。问题是，基因必须在每次细胞分裂中精确地复制自身，可没有任何蛋白质的结构能说明它们可以进行这个过程，而且也没能解释分子如何携带遗传信息，以及这种信息是如何在分子水平上进行复制的。

1944年，美国生物学家奥斯沃德·艾弗里及其同事通过细菌转化实验证实：远不如蛋白质来得复杂的DNA在决定遗传性状上扮演着主要角色。进一步的研究表明：所有的生物都包含DNA分子，即储存制造蛋白质的遗传指令分子。

这意味着，要解开基因本质之谜——基因是由什么组成的？它们怎样精确地复制？又如何控制（至少是影响）蛋白质的合成？——就必须对DNA的化学及物理构造有更多的了解。也就是说，人们所要探究的首要目标，是完整的DNA分子内部的精细结构。

两个天才的相遇

1950年秋，22岁的“神童”詹姆斯·沃森从美国印第安纳大学取得遗传学博士学位后，拿到一笔研究奖学金，去往哥本哈根大学，从事生物化学方面的研究工作，梦想着有朝一日大功告成、一举成名。然而，在丹麦，乏味而又不得要领的学术生活令沃森十分郁闷。1951年春，他受邀到意大利那不勒斯参加一个有关生物大分子结构的学术会议。在这次会议上，伦敦国王学院的物理学家莫里斯·威尔金斯展示了DNA的X射线衍射图片。沃森看后深受启发，意识到：假使基因能像一般化学物质一样被结晶出来，那就一定可以用通常的化学、物理方法测定其结构。

那一瞬间，沃森突然对化学产生了很大的兴趣，并且萌生了与威尔金斯进行合作研究的念头。为此他甚至，要撮合自己的妹妹与威尔金斯交好，但古板的威尔金斯并没有“落入圈套”。几个月后，沃森设法变更了自己的学习计划，来到英国剑桥大学卡文迪什实验室，并在那里遇到了刚从物理学领域转型、虽起步较晚但一心想在交叉学科上有所作为的生物学研究生弗朗西斯·克里克。

这两个知识背景不同、相差12岁的年轻人一见如故，发现彼此的兴趣、思维方式和行为做派都惊人的相似。他们很快就擦出了智慧的火花，决计携手合作，以建模方式确定DNA结构。

起初，这两个名不见经传的“闯关者”，对于能否斩获成功并没有什么把握。不过，他们愿意“赌”一把。

像许多科学发现一样，DNA结构的发现也有多种可能的途径。即便有些科学家有着相同的想法，但他们解决问题的办法却可能各不相同，不同的方法决定了谁将最先实现目标；而且，往往是谁先发表了论文，谁才能最终赢取发明、发现权——荣誉和成功只“赐”给冠军。当中的“时差”，有时极短。这也正是“科学竞赛”的残酷之处。

一对冤家的纠结

这一时期，就在同一个伦敦城里，沃森与克里克最大的竞争对手、同处伦敦国王学院同一个研究小组的威尔金斯与罗沙琳德·富兰克林，也在紧锣密鼓地寻思、鼓捣DNA结构，而且他们手中握有与之密切相关的独门“利器”——X射线衍射装置。

但是，与沃森与克里克这对心灵相通的“黄金搭档”形成极大反差的是，威尔金斯与富兰克林之间的关系势同水火。有着剑桥大学物理化学博士学位的富兰克林是个独立、好强的女子，在当年对女科学家心怀偏见甚至敌意的环境中，她一直坚持不懈地进行自己的研究，不甘受到威尔金斯的“领导”和钳制。

DNA对富兰克林而言，只是一种实验材料。1952年前后，她已通过实验证明，DNA根据水分含量的差别分A型和B型两种形式存在。谨慎的天性使富兰克林的工作进展缓慢，她在不断地完善DNA的X射线衍射图谱，并独自进行数学解析。1952年5月，她终于获取了一张极其重要的图谱。遗憾的是，当时她并没有认识到这张图谱的重要性。她始终也不敢相信DNA在任何情况下都会呈螺旋形，而是以为这种形状只是特殊条件下出现的一个特殊情况。

在大洋彼岸的美国，化学界声名显赫的大人物、化学键理论的奠基人莱纳斯·鲍林，是沃森与克里克更为强劲的一个对手。当时几乎没有人怀疑，他是最有可能率先做出正确选择、解决DNA结构问题的“大拿”。1953年1月，一直在有意识地跟鲍林之子彼得套近乎的沃森，直截了当地向他这位铁哥们问询，其父最近在家信中可曾透露过什么？半个月后，沃森与克里克从彼得手中拿到一份父亲寄给他的关于DNA结构的手稿，大吃一惊，心当即就沉下来了。

此时，一场围绕DNA结构之谜而展开的激烈竞争，到了白热化的程度。

道破天机的图片

可是，认真读罢鲍林手稿，沃森与克里克马上就松了一口气。原来，鲍林提出了一个以糖和磷酸骨架为中心的三链螺旋结构，这恰恰是此前不久他们也曾设想过、但已被证实不对的玩意。鲍林误入歧途了，并且还犯了“忘记化学基本常识”的错误。“那天连续几个小时的激动，使我们无法继续工作下去。”当晚哥俩来到他们常去的一个酒馆，“坐下来为鲍林的失败干了几杯”。

但他们很快又意识到，一旦鲍林觉察到自己的失误，必定会不停地研究下去，一直到搞出正确的结构为止。所以，大西洋这边的人再也不能浪费时间了。

几天之后，沃森面见富兰克林，向她通报了鲍林模型之误。富兰克林的反应令沃森感到十分奇怪。她毫不客气地指出，无论是鲍林或其他什么人，都没有任何证据认为DNA是螺旋结构。他们吵了起来，不欢而散。

随后，沃森会见了威尔金斯，后者给他看了一些新的X射线照片，其中包括由富兰克林拍摄、一直秘而不宣的一张DNA之B型X射线衍射照片。看到后一张照片时，沃森“惊得下巴差点掉了下来”，“心跳也加快了”。很显然DNA模型应该是双链，因为重要生物对象都是成对出现的。威尔金斯此举，富兰克林毫不知情，后人评价：“如果这不是一次无私的为了科学进步而分享信息的举动，那也应该算是一次愤怒的报复行为。”

再说，备受激励的沃森与克里克随即展开新一轮建模工作。广揽信息所收获的两个关键点大大简化并推动了他们的进展：一是对含氮碱基结构的更深了解，二是对这些碱基如何配对的深刻洞察。他们最终揭示出：DNA分子具有双螺旋梯形结构，每级梯级就是一个碱基对，碱基对的排列顺序就代表了DNA中存贮的信息。他们撰写的千字在1953年4月25日的《自然》杂志上。

一个新的时代开始了。

（作者为中国科普作家协会常务理事）