书城自然不可不知的万物简史
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第55章 生命的物质(2)

他们的设想是,如果你能确定DNA的分子形状,你就能明白——后来证明是正确的——它是怎样完成它所做的一切的。他们似乎希望,他们要尽可能少费力气,只要干绝对必要的工作就能达到目的。正如沃森在他的自传《双螺旋》中所兴高采烈地(也许带有某种自我夸耀的色彩)表述的那样:“我希望不学任何化学知识就能解决基因方面的问题。”实际上他们并没有被安排做DNA方面的研究工作,有一段时间还被勒令中止他们私自已经开展的工作。为了瞒天过海,沃森谎称是在进行晶体学方面的研究,而克里克则称在完成一篇用X射线衍射大型分子的论文。

在关于破译DNA的谜的普遍说法中,克里克和沃森几乎赢得了全部功劳,但是他们的突破很关键的是建立在他们的竞争对手研究成果的基础之上的,而且,用历史学家莉萨-贾丁的话来说,那些成果的获得带有“偶然性”。至少在开始阶段,伦敦大学国王学院的威尔金斯和富兰克林两位学者已经远远走在他们前面。

威尔金斯出生于新西兰,是一位离群索居的人,几乎到了从不露面的程度。1962年,他因破译DNA结构而与克里克和沃森共同获得了诺贝尔奖。可是,1998年美国公共广播公司(PBS)一个有关DNA结构破译的记录片中对他的功劳只字不提。

在这几个人当中,富兰克林是最富神秘色彩的一位。在沃森的《双螺旋》一书中,他用近乎苛刻的言辞将富兰克林描绘成一个不可理喻,守口如瓶,不善于合作,故意不想有女人味——这点似乎尤其令他难受——的女人。他认为她“不是没有魅力,要是在衣着方面稍微花点心思的话,她其实是蛮漂亮的”。但是富兰克林在这方面令所有人失望了,她甚至不用口红,对此,沃森表示大惑不解。而她的衣着“完全是一副英国青年女才子的派头”。

然而,在破译DNA结构的研究方面,富兰克林却通过X射线晶体衍射获得了最好的图像。这项技术是由刘易斯·鲍林完善的,曾成功地运用于晶体原子图的研究(它因此而得名为“晶体学”),但DNA分子是更加难以捉摸的对象。是富兰克林从这个过程中取得了好的成果,而令沃森愤愤不已的是,她拒绝与别人一起分享她的研究成果。

富兰克林没有热心地和别人一起分享她的成果,这也不能完全怪她。在20世纪50年代的国王学院,女性研究人员被一种先人为主的偏见压得抬不起头来。那种偏见令现代有感情的人(实际上是任何有感情的人)受不了。不管她们的职位多高,成果多显著,她们都不会被允许进入学院的高级休息室,她们甚至不得不在一个简陋的房间里就餐,连沃森也承认,那是个“既昏暗又狭窄”的地方。尤其是,她经常承受着巨大的压力——有时还不断受到骚扰,逼她将自己的研究成果与3个男人分享。那3个男人急于知道她的成果,但很少表现出相应的可爱品质,比如尊重——连克里克事后也承认:“我想我们老是对她——怎么说呢?傲慢无礼。”他们中有两人来自国王学院互为竞争对手的研究所,而另一个也在某种程度上公开站在他们一边。因此,富兰克林将她的成果锁在抽屉里,也就不足为怪了。

威尔金斯和富兰克林彼此合不来,沃森和克里克似乎利用这一点来为自己的利益服务。虽然克里克和沃森不要脸地侵犯威尔金斯的领域,威尔金斯却越来越站到了他们一边——这一点也不完全奇怪,因为富兰克林自己的行为变得很古怪。尽管富兰克林的研究表明,DNA结构毫无疑问是螺旋型的,可是她坚持对大家说不是这样。令威尔金斯感到震惊和难堪的是,1952年夏,富兰克林在国王学院物理系附近张贴了一张布告,以嘲讽的口吻说:“我们非常遗憾地宣布,D.N.A螺旋于1952年7月18日,星期五,与世长辞……希望M.H.F.威尔金斯博士为已故的双螺旋致悼词。”

其结果是,1953年1月,威尔金斯将富兰克林的DNA结构的X射线衍射照片出示给沃森,他这样做“显然没有向富兰克林打招呼,也没有得到她的许可”。把这称之为对他很有帮助的事,那会不够劲儿。多年以后,沃森承认这是“具有决定意义的一件事……它极大地鼓舞了我们”。由于掌握了DNA分子的基本形状和其他一些重要数据,沃森和克里克加快了他们工作的步伐,一切似乎都顺理成章了。有一次,鲍林前往英国参加会议,他本来有可能在会议期间碰到沃森,并从他那里学到一些东西,以纠正自己所犯下的错误,正是这种错误使他在DNA结构研究方面走错了方向。当时是麦卡锡主义猖獗的时代,像他这样的自由主义者是不允许到国外去的,结果鲍林被扣在纽约艾德瓦德机场,护照也被没收。相比之下,克里克和沃森倒是方便和幸运得多,因为鲍林的儿子也在卡文迪许实验室工作,天真无邪的他将有关他父亲研究的成功和失败的情形及时通报给了他们。

沃森和克里克仍然面临在任何时候被人超过的可能性,便拼命投入该问题的研究工作。当时已经知道,DNA含有4种化学成分——腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶——这4种成分总是以特殊的配对方式排列。沃森和克里克将卡纸板剪成分子形状进行摆弄,终于搞清了它们是如何拼合在一起的。在此基础上,他们搭建起一个DNA双螺旋模型——这也许是当代科学史上最著名的模型——它由螺栓将金属片装配成一个螺旋形而成。他们邀请威尔金斯、富兰克林以及其他所有的人前来观看,任何行内人马上明白他们已经解决了问题。毫无疑问,这是一件了不起的侦探工作,不管有没有替富兰克林的形象作了宣传。

1953年4月25日,《自然》杂志刊登了一篇沃森和克里克写的900字的文章,名为《DNA的一种结构》。在同一期杂志中,还刊登了两篇分别由威尔金斯和富兰克林撰写的文章。那是一个充满大事的年代——埃德蒙·希拉里正准备攀登珠穆朗玛峰;伊丽莎白二世即将加冕为英国女王——因此,发现生命之谜的意义在很大程度上被忽视了。它只是在《新闻纪事》中被略为提及,在别的地方却没有引起重视。

罗萨林·富兰克林没有分享诺贝尔奖。1958年,诺贝尔奖颁发4年之前,她因卵巢癌而去世,年仅37岁。她得这种癌症几乎肯定是由于在工作时长期接触X光射线所致,这本来是可以避免的。在2002年出版的一本颇受好评的富兰克林的传记里,布伦达·马克多斯说,富兰克林很少穿防辐射服,并且常常漫不经心地走到X光前。奥斯瓦尔德·埃弗雷也没有获得诺贝尔奖,而且在很大程度上被后人所忽视。他死前至少有一点是令他满意的,这就是他看到自己的发现被证明是正确的。他死于1955年。

沃森和克里克的发现实际上到了20世纪80年代才最终得到确认。正如克里克在他的一本书中所说的:“我们的DNA模型从被认为似乎是有道理的,到似乎是非常有道理的……再到最终被证明是完全正确的,用了25年的时间。”

即便如此,随着对DNA的结构的了解,人们在遗传学方面的研究进展神速。1968年,《科学》杂志敢于发表一篇题为《生物学即分子生物学》的文章,认为——这似乎是不大可能的,但确实是这么看的——遗传学的研究已经接近终点了。

实际上,这当然仅仅是开始。即使到了今天,我们对于DNA仍有许多未解之谜。比如说,为什么这么多DNA似乎不做任何事情。你的DNA的97%是由大量没有任何意义的垃圾(Junk),或生化学家喜欢称之为非编码DNA构成的。每一段里你发现只有部分区段在起着掌控和组织的作用。这是一些行为古怪、难以捉摸的基因。

基因就是(不过是)制造蛋白质的指令。它们在完成这一工作时尽职尽责。在这个意义上,它们就像钢琴的键,每一个键只能弹奏出一个音符,仅此而已,这显然有点儿单调。然而,将所有的基因组合在一起,就像你将所有的键组合在一起一样,你就能(继续这个比喻)弹奏出一曲伟大的生命交响乐,这就是人类基因组。

基因组换一种通俗的说法就是一种身体指令的手册。从这个角度来看,可以将染色体想像为一本书的章节,而基因则是制造蛋白质的个别指令。指令中所写的单词被称为密码子,单词中的一个个字母被称为碱基。碱基——基因字母表中的字母——由前面我们提到的腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧吟和胸腺嘧啶4种核苷酸组成。尽管它们的作用极为重要,这些物质不是什么稀奇的东西组成。例如,鸟嘌呤就是因为在鸟粪层中大量存在而得名。

正如人人所知道的那样,DNA分子的形状像一个螺旋状楼梯或扭曲的绳梯:著名的双螺旋结构。这种结构的支柱是一种被称为脱氧核糖的糖组成的,整个双螺旋是一个核酸——因此取名为“脱氧核糖核酸”。横档(或梯级)由两个碱基跨越中间的空间相连而成。它们只以两种方式配对,腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对。当你在梯子上上下下走动时,这些字母所排列的顺序就组成了DNA的密码;记录这些密码一直是“人类基因组工程”所要做的工作。

且说DNA的绝妙之处在于它的复制方式。当需要产生一个新的DNA分子时,两条单链从中间裂开,就像夹克上的拉链一样,每条单链的一半脱离而去,形成新的组合。由于一条单链上的每一个核苷酸与另一个特定的核苷酸匹配在一起,每条单链成为创造一条与之匹配的新链的模板。如果你只有你自己DNA的一条单链,通过必要的组合,你就很容易重建另一条与之匹配的单链。如果一条单链的第一级是由鸟嘌呤构成的,你就会知道与之配对的另一条单链的第一级一定是胞嘧啶。要是你沿着所有核苷酸配对组成的阶梯往下走,最后你将获得一个新的分子的密码。这就是大自然中所发生的事,只不过这一切是以极快的速度完成的——仅仅几秒钟时间,快得令人不可思议。

在大多数情况下,我们的DNA都以极其精确的方式进行复制,但是,在非常偶然的情况下——每100万次大约出现1次,某个字母(碱基)进入了错误的位置。这种情况被称为单一核苷酸多样型(SNP),也就是生化学家所说的Snip。通常情况下,这些Snips被埋没在非编码DNA链中,并不会对身体产生显著的影响。但是偶尔它们也会发生作用,有可能使你容易感染某种疾病,但也同样可能产生某种小小的有利作用——比如更具保护性的肤色,或是增加生活在海拔较高的地区的人的红细胞。这种不太显著的变化不断累积,届时对人与人和人种与人种之间的差异产生了影响。