現代生物學的到來有一個標志——60年前，兩位青年——弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森發表了著名的DNA雙螺旋分子結構,。這個發現改變了人們關于生命的觀點。

DNA被確認為遺傳物質

說來話長。1868年，德國化學家霍佩·賽勒從細胞核中分離出來核酸。20世紀初，德國科賽爾和他的兩個學生瓊斯和列文的研究，弄清了核酸的基本化學結構，認為它是由許多核苷酸組成的大分子。核苷酸是由堿基、核糖和磷酸構成的。其中堿基有4種（腺瞟呤、鳥嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶），核糖有兩種（核糖、脫氧核糖），因此把核酸分為核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）。

1950年，查伽夫發現DNA中嘌呤類堿基的比例和嘧啶類堿基的比例在不同生物間并沒有大的區別，而腺嘧啶的量等于胸腺嘧啶，鳥嘌呤的量總是等于胞嘧啶。1952年，赫爾希和蔡斯通過觀察噬菌體（一種微小的病毒）的侵染細菌的過程，確定了DNA就是遺傳物質。

晶體學跨界研究DNA

此時，人們從DNA的化學結構式中知道了他是一條長長的鏈，但還無法知道他們是如何排列的，直到人們使用新的觀察方法——X射線衍射法對生物大分子的成功應用。

X射線衍射法是利用X射線在晶體物質中的衍射效應進行物質結構分析的技術。早在1921年，英國晶體學家布拉格父子，就開始了通過X射線投射晶體所產生的衍射圖案的分析來確定分子結構的工作。最初是分析像氯化鈉那樣的簡單鹽類，以后逐漸發展到比較復雜的有機分子。

到了20世紀50年代初期，有幾個小組展開了研究DNA的空間結構的競賽。

英國物理學家威爾金斯小組取得一項重要的技術上的進展。他們設法制成了高度定向的DNA纖維，從而使拍攝到的X射線衍射照片，輪廓清晰，細致入微，并且從照片上確認DNA纖維的結構是螺旋形的。

特別是女物理化學家富蘭克林的加入，使研究小組的實力大大加強。1951年9月，富蘭克林得到了相對濕度為90%以上，后來被稱作B型DNA的X射線衍射圖。這張圖上能清晰地看到衍射強度成十字交叉分布?，F在已知自然界中的三種DNA型態,由左至右分別是A型、B型與Z型，.其中B型為標準型態。

富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片

雖無一手材料最終得出結論

另一個小組是克里克和沃森，兩位年輕人組成的研究小組。

克里克21歲獲得倫敦大學學士學位，隨即攻讀物理學博士學位，英國海軍從事磁性水雷等武器研究8年。在薛定諤的《生命是什么》的影響，克里克對生物學產生了濃厚興趣，決心探究生命的奧秘。薛定諤提出，要想揭示出生命遺傳的本質，必須從生命的結構、信息傳遞和功能三個方面入手；他認為研究生命現象的分子結構十分重要，因為萬物都是由分子、原子、電子組成的，生命現象也不應例外。1948年他進入卡文迪什實驗室，1950年成為佩魯茨的博士研究生，從事血紅蛋白X光衍射分析研究。沃森來到卡文迪什后，他們很快成為好朋友。

二人都相信DNA是遺傳物質，他們認定解讀DNA的三維分子結構是了解生命現象的關鍵，因此共同決定選擇探索DNA分子結構作為研究目標。 沃森和克里克的合作可謂出師不利。他們先提出了一個三鏈的DNA模型，結果當眾出了丑。

    沃森和克里克

轉機出現在1953年2月14日，討論中威爾金斯給沃森出示了那張1951年11月所得的完美、清晰的B型DNA晶體衍射照片。在該照片啟示下，沃森認識到DNA晶體應是雙鏈螺旋結構。考慮到查爾加夫（Erwin，Chargaff，1905-2002）的DNA化學成分分析得到的結果，DNA中的腺嘌呤（A）與胸腺嘧啶（T）數量幾乎完全一樣，鳥嘌呤（G）與胞嘧啶（c）的數量也相同，即A=T，G=c。他們共同構建了第二個雙鏈螺旋分子模型，脫氧核糖和磷酸交替連接，排列在外側形成螺旋形骨架，堿基成對地排列在內，堿基采用了同配方式，即A與A，c與c，G與G，T與T配對。但由于選錯了配對方式，這個模型同樣宣告失敗。

1953年2月20日，沃森發現由兩個氫鍵連接的腺膘吟—胸腺嘧啶對竟然和由3個氫鍵連接的鳥嘌吟—胞嘧啶對有著相同的形狀，嘌吟的數目為什么和嘧啶數目完全相同這個謎就要被解開了。二人立即行動，采用堿基互補配的方案即A與c，G與T配對，在實驗室搭建起新的DNA雙螺旋分子模型，模型結構與DNA晶體X光衍射影像一致，也完全符合查爾加夫法則。他們又經過三周的反復核對和完善，3月18日終于成功地建立了DNA分子雙螺旋結構模型。這個模型完全符合DNA當時已知的物理和化學性狀，完美解釋了DNA為什么是遺傳信息的載體，可以合理說明基因的復制和突變機制等等。

雖然他們從富蘭克林那兒獲得了完美的DNA晶體學數據至今日仍引發著爭議，但是他們將這些收集到的化學及晶體學零散信息進行組合，最終完成這副偉大的拼圖。

    弗蘭克林因為長期接觸X射線，患癌癥過早地逝世

后來，沃森在TED演講中將他們的成功歸功于建模：富蘭克林與威爾金斯都是非常有名的晶體學家，但他們卻都遲遲不愿利用那些不完整的數據來建模。尤其是富蘭克林，她曾離破解DNA結構僅一步之遙。而埃爾文·査加夫以及杰里·多納休都是杰出的化學家，但他們更沒有給晶體學足夠的重視，并且他們也不愿意建模。而沃森和克里克則為了成功什么都愿意嘗試。

 

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DNA雙螺旋的發現：有人勝之不武，有人輸得不冤

圖文簡介

轉機出現在1953年2月14日，討論中威爾金斯給沃森出示了那張1951年11月所得的完美、清晰的B型DNA晶體衍射照片。