圖文:DNA雙螺旋鏈結構發現50周年

2020-11-27 搜狐網
圖表:DNA雙螺旋鏈結構發現50周年新華社發

  1953年2月28日中午,劍橋大學的兩位年輕的科學家弗朗西斯·克裡克和詹姆斯·沃森步入老鷹酒吧,宣布他們的發現:DNA是由兩條核苷酸鏈組成的雙螺旋結構。

  這家著名的酒吧位於劍橋大學國王學院斜對面,酒吧的標誌是一隻展開翅膀的老鷹,英文名字就叫The Eagle Pub。現在酒吧門口專門有一個介紹這段歷史的牌子。當時沃森和克裡克在劍橋大學非常普通,甚至有些不得志,沃森才25歲,克裡克也不過37歲。他們甚至連一

  個正式宣布成果的場合都很難找到,到酒吧宣布如此偉大的一項發現總給人一種滑稽的感覺,幸好劍橋人的素質很高,當時並沒有人把他們當成瘋子轟走。沃森和克裡克成名後,他們出場做報告都受到隆重接待,只不過他們講解和宣布的內容再沒有像發現DNA雙螺旋結構這麼重大。

  物理學家的小冊子《生命是什麼》開拓了生命科學研究的廣闊領域

  DNA雙螺旋結構的發現得益於一本科普小冊子《生命是什麼》,它的作者是量子力學奠基人之一奧地利物理學家薛丁格(1887年-1961年)。

  長期以來,人們從許多初步實驗中發現生物體之間的遺傳性是由一個因子決定的,但一直不知道究竟是什麼因子在決定這一現象。在20世紀上半葉,很多物理學家把目光投向了生命現象,希望能從物質層次揭示生命的奧秘。1944年薛丁格出版了《生命是什麼》的小冊子,用通俗的語言闡明了用物理學的新觀點研究生命現象的重要性,他從生物學已有的研究成果中引申出許多新的課題,如遺傳信息是怎樣編碼等,認為最終要靠物理學和化學方法研究解決。

  《生命是什麼》的出版,在年輕的科學家中產生了巨大的影響,被譽為從思想上喚起生物學革命的小冊子。正在劍橋大學攻讀物理學博士學位的克裡克深讀了這本小冊子之後,從中品味到生物學廣闊的領域需要物理學家參與共同開拓,他深信用自己掌握的物理學知識有助於生物學的研究,便毅然轉向了生物學。無獨有偶。美國青年學者沃森(1928年-)也受《生命是什麼》的影響,從書中悟出聯結原子、分子與生命本質之間的關鍵因素是基因,預言能解開基因攜帶遺傳信息的化學物理密碼的人將成為有卓越貢獻的科學家。

  當時,生物學家開始自由地用基因這個詞,表示基因學信息的最小單位這個概念,但他們還不知道基因究竟是什麼。1951年的秋天,沃森在劍橋大學首次遇見了克裡克。他們兩個一拍即合,相見恨晚,立即開始合作,決心搞清楚什麼是DNA。1953年初,沃森和克裡克受到倫敦大國王學院科學家成果的啟發,沃森回憶道:「突然間,我脈搏加快,思如泉湧,眼前出現了一幅畫面:DNA的結構要比許多人想像的簡單許多,它應該是螺旋型的。」

  不過,DNA的雙螺旋結構這一發現在公眾中並沒有引起重視。1953年4月25日英國《自然》雜誌發表了這一成果。20天後,他們所在的劍橋大學卡文迪研究室主任勞倫斯布拉格爵士在一個演講中提到了這個發現,被媒體報導,這才引起公眾的關注。在這一成果問世50周年之際,很多國家在舉辦各種紀念活動,媒體也利用這一機會開展科普工作。

  不過,關於這一成果的生日是1953年2月28日還是4月25日仍有爭論。按照國際學術界慣例,一項成果必須經過同行評審後在學術雜誌上正式發表才能被視為正式宣布,這樣做為的是防止有人鑽空子隨便宣布獲得重大成果造成混亂。因此,儘管沃森和克裡克2月28日就在老鷹酒吧宣布了這一成果,但包括英國官方機構在內的很多機構把今年4月25日作為DNA雙螺旋結構發現50周年慶祝日。

  雙螺旋結構之母是未獲諾貝爾獎的女科學家羅莎琳德·富蘭克林

  1962年,沃森和克裡克與莫裡斯·威爾金斯一起因為發現DNA雙螺旋結構贏得了諾貝爾獎。威爾金斯的貢獻在於為沃森和克裡克的發現提供了實驗證據。不過,今年3月我在劍橋國王學院參加活動時,主辦方的英國文化委員會一位新聞官正式發表了演講,在介紹到DNA雙螺旋結構發現50周年紀念活動時,她激動起來,大聲地說:「我們不能忘記羅西,她在發現DNA雙螺旋結構過程中做出了主要貢獻,應當獲得諾貝爾獎!」

  女科學家羅莎琳德·富蘭克林

  這是科學史上的一樁著名公案。羅西是英國倫敦大學國王學院的一名女科學家,全稱為羅莎琳德·富蘭克林(1920年-1958年)。在發現DNA雙螺旋結構過程中,沃森所說受到的最關鍵的啟發就是基於富蘭克林的成果。

  富蘭克林是一位非常優秀的實驗科學家。她用X射線衍射DNA晶體得到了影像,從而分辨出了這種分子的維度、角度和形狀。她發現DNA是螺旋結構,至少有兩股,其化學信息面朝裡。這已經非常接近真理。不過,富蘭克林非常有個性,經常對人進行直言不諱地尖銳批評,沃森和克裡克也嘗過她的苦頭。此外,在20世紀50年代,英國學術界排外思想嚴重,因此富蘭克林作為一名猶太人,一個女人,再加上脾氣率直,自然不被學術界所包容。因此,1962年,沃森和克裡克獲得諾貝爾獎時發表演說根本沒有提到她。而本應屬於她的榮譽落到了她在倫敦大學國王學院的對手威爾金斯身上。

  沃森在1968年出版的《雙螺旋》一書中,透露了威爾金斯曾偷偷複製富蘭克林的研究成果並提供給他,其中就包括了現在眾所周知的她證明螺旋結構的X射線圖像。如果沒有富蘭克林的X射線成果,要確定DNA的螺旋結構幾乎是不可能的。

  由於長期受X射線的影響,1958年富蘭克林因卵巢癌去世,享年37歲。沃森和克裡克早先一直沒有承認她對DNA貢獻的真正原因是,他們根本沒有告訴她,他們用了她的研究成果。沃森最後滿懷感情地寫道:「現在有必要闡述一下她所取得的成就……我與克裡克都極為讚賞她那正直的品格和寬宏大量的秉性。只是在多年之後,我們才逐漸理解了這位才華橫溢的婦女。她為了取得科學界的承認進行了長期的奮鬥,而這個世界往往把婦女僅僅看作是研究工作之餘的一種消遣玩物。在意識到自己的生命垂危時,她沒有嘆息和抱怨。直到去世前的幾個星期,她還在不遺餘力地從事著高水平的工作。富蘭克林這種勇敢的精神和高貴的品質是值得我們學習的。」

  沃森今天說:基因隱私和基因歧視是基因研究和應用面臨的兩個嚴重問題

  沃森和克裡克現在很少露面。今年4月14日中午,在美國華盛頓人類基因組序列圖完成發布會現場,美國聯邦國家人類基因組研究項目負責人弗朗西斯·柯林斯博士隆重宣布,人類基因組序列圖繪製成功,人類基因組計劃的所有目標全部實現。當DNA雙螺旋結構發現者之一詹姆斯·沃森來到華盛頓發布會現場時,這位頭髮花白的資深科學家立即引起與會者的關注和歡迎。沃森在發布會上回顧了基因研究的歷史,並指出基因隱私和基因歧視是當前基因研究和應用領域面臨的兩個嚴重問題。

  回顧歷史,我們看到,DNA雙螺旋結構的發現,使分子生物學得以誕生。50年來,生命科學和生物技術迅速發展,人類基因組圖譜和水稻基因組圖譜先後繪製成功,繼1996年克隆羊多利問世後,各種克隆動物紛紛誕生,而一些轉基因動植物也已經走進尋常百姓家。這一系列重大成果是人類獻給新世紀的一份厚禮,標誌著生命科學又向縱深邁進一步,它將推動基因組測序工作、功能基因的研究和基因技術的應用,從而推動整個生物技術的發展,也將對科技發展、經濟發展以及整個社會產生深遠影響。此外,以包括人自身為對象的生命科學研究,給人類的未來展示了美好的前景,在迎接生命科學不斷取得的新突破的同時,如何充分考慮到這些突破可能帶來的負面影響、讓它們最大限度地造福人類,已成為新世紀之初擺在我們面前的一項迫切課題。

  

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