艾弗里等人发现DNA是遗传物质，那DNA到底长什么样呢？今天老师继续讲生物科学史—DNA双螺旋结构的发现。


令人着迷的DNA衍射图谱

莫里斯·威尔金斯是著名的英国物理学家，早期他读过薛定谔《生命是什么》这本著作，被DNA这个未知结构的化学物质深深打动。他认为：基因作为遗传的基本单位，与DNA是遗传物质，这两者关系密切，而且这关系必然存在于DNA结构里。这位物理学家对生命的奥义如此热忱，以至于他将毕生精力投入其中。

威尔金斯

威尔金斯主攻的方向主要是破解DNA的三维结构，他利用X射线极强的穿透性去照射DNA，DNA的分子结构会散射到晶体上形成图像。但是这些化学分子在不断的随机运动，难以捉摸。这样拍摄出的成像模糊不清，所以威尔金斯难题就在于如何让DNA停止不动。

威尔金斯有一个“桀骜不驯”的助手，说助手也不太恰当，因为这位女性科学家富兰克林对DNA分子结构研究和威金斯旗鼓相当，思维敏锐的她很快发现威金斯衍射图谱的缺陷。于是她设计一个了精巧的装置：“通过电解食盐水产生氢气泡来调节样品池的湿度，来维持DNA分子的静止状态。”于是她获得了成功，拍摄出许多前所未有的高清照片。后来被人们称为：“最迷人的X射线照片”。

DNA衍射图谱


见证历史时刻的会晤

威尔金斯与詹姆斯·沃森见面是在一场科学演说会场。威金斯得知沃森对DNA结构同样痴迷，于是邀请他观看DNA衍射图谱，虽然威尔金斯的图谱成像模糊，但丝毫没有减却沃森炽热激动的内心。这个成像深深地吸引着他，萦绕在他脑海里挥之不去，于是为了拍摄DNA衍射照片，他搬到了剑桥，在这里他碰到一位志同道合的伙伴——弗朗西斯·克里克。一个（克里克）对晶体学分析极其透彻，另一个（沃森）对生物分子学造诣极深。他们两个就像DNA双链一样，螺旋缠绕，紧密而不可分割。

沃森（左图）和克里克（右图）


个人的进步不是科学的进步

正当沃森和克里克在搭建他们的DNA结构模型时，此时的富兰克林继续专注自己的实验研究，她的成像越来越清晰，她坚信最终的结果一定存在这些照片中。威尔金斯作为她的同事，希望他们俩能精诚合作。但是富兰克林骄傲的一口回绝，这种恶性竞争必定导致两败俱伤。

威尔金斯将DNA正面衍射图拍摄出来后，没有和富兰克林交流，而是写了一封信给沃森，告诉他最新的DNA图谱。沃森看到这封信，马不停蹄地带着克里克到威尔金斯的实验室。当时研究DNA分子结构的人非常多，但是像威尔金斯这样愿意科学成果共享的科学家却很少。威尔金斯如实告诉沃森和克里克，他的晶体衍射图并不完整，他的同事还有另一部分DNA衍射图谱，只是她不愿意与人合作。

富兰克林


DNA双螺旋结构的发现

虽然富兰克林有非常清晰衍射图，但是无法解释其中的道理。她在一次学术报告中，沃森和克里克终于见到梦寐以求的衍射图。获得衍射图后沃森和克里克脑海里构建的DNA模型越发清晰。但是还缺一环，就是碱基互补配对原则，原来著名生化学家查哥夫论文中提到嘌呤数总等于嘧啶数，这条消息让他们兴奋不已。最后他们用金属材料将DNA双螺旋结构完美地构建出来，DNA双螺旋结构模型与衍射图谱完全相符。

DNA双螺旋结构

1953年，沃森和克里克撰写的《核酸的分子结构——脱氧核酸的一个结构模型》论文在《自然》杂志上刊载，引起了极大的轰动。1962年，沃森、克里克和威尔金斯三人因这一研究成果而共同获得了诺贝尔生理学或医学奖。然而非常遗憾的是，富兰克林并未能分享到这种成功的喜悦，1958年富兰克林因卵巢癌而病逝。

沃森、克里克、威尔金斯

如果没有威尔金斯和富兰克林的科学成果分享，DNA结构模型很难得以健全。如果科学发展都像体育比赛一样，各自为战，以获得第一为荣，那科学将走向毁灭。