来源:知识分子
作者:张天祁
图源:ScienceMuseum,London
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70年前的今天,37岁的大龄博士生克里克“飞一般”地跑进剑桥的一家酒吧,用就餐的人都能听到的声音大声宣布,他已经掌握了“生命的秘密”。
就在这天上午,克里克和一个25岁的菜鸟博士后沃森发现了DNA的双螺旋结构,20世纪最重大的科学发现之一。自此后生命科学的黄金时代徐徐展开。时至今日,由双螺旋结构催生的生物技术产业,仅在人类的医学中,从产前筛查、肿瘤的靶点药物到基因编辑,处处都在影响着我们的生与死。
而那项发现本身,从有限的数据发挥想象力搭建出DNA的结构,再猜测到遗传的秘密,几乎是整个人类智慧史上的尖峰时刻之一,自此后,人类这个物种对于自己的认识,正式进入了一个新时代。
70多年前,大幕即将拉开时,人们已经知道,一个名叫“基因”的东西不但是是活细胞的关键组成部分,更是打开人类生命密码的钥匙,要想搞清楚什么是生命,就必须先搞清楚基因是如何发挥作用的。
当时的一种主流的观点认为,基因是一种特殊类型的蛋白质,而对于存在于所有细胞染色体中的DNA,没人知道它有什么用途。
也是在那个时刻,一个来自美国的23岁年轻菜鸟博士后带着对DNA的执念,来到了剑桥卡文迪许实验室。这位和周围格格不入的新人,遇到了和同事关系“微妙”的35岁大龄转行的博士同事。两个人“情投意合”,决定背离实验室蛋白质研究的主航道,悄悄地转向DNA研究。
那是上世纪50年代初,正是那项伟大发现的前夜,太多的人在蛋白质上已经花费了太多的时间,只等大家掌握的这些工具转向DNA,改变即将发生,问题只在于,谁是扣动扳机的人。
所有这一切的开始,是一场激烈的暗战。在英国的剑桥、伦敦和美国的加州,那是一场几乎没人明确知道方向应该在哪儿的战斗,一次彻彻底底的创新与颠覆,至少3个各有优势的团队围绕在圣杯身侧。
离答案最近的,是伦敦国王学院的X射线晶体学专家威尔金斯(MauriceHughFrederickWilkins)和富兰克林(RosalindElsieFranklin)。他们手上拥有当时最纯净的DNA样本,和当时最先进的X射线晶体学观测设备。威尔金斯是曾经参与过曼哈顿计划的杰出学者,富兰克林则是X射线晶体学的权威。
最被看好的,是有着丰富学识和经验的加州理工大学的结构化学权威鲍林(LinusCarlPauling)。他不仅是化学诺奖得主,也是分子生物学的奠基人之一,跨界研究生物解出了蛋白质肽链的α螺旋结构。当时很多人笃信,一旦这位全能科学家投入DNA研究,一定会解出DNA的结构。
最终,居然是三个团队中最奇怪的组合,即上述那对“怪人”组合——35岁跨专业读博的大龄博士克里克(FrancisCrick)和初出茅庐的博士后沃森(JamesWatson),两个门外汉,在一个主要目标是研究蛋白质的实验室里赢得了DNA研究的圣杯。
小人物逆袭大科学家,门口的野蛮人赢得了一切,整个故事在今天听起来几乎不可思议。然而,它确确实实地发生了。
2个月后,沃森和克里克关于DNA双螺旋结构的论文于年4月25日发表在《自然》杂志上,从此,沃森和克里克的名字和DNA紧紧联系在一起。
大龄博士和年少轻狂的博士后
时间前推两年,年春天,英国伦敦国王学院的生物学家威尔金斯,在那不勒斯一次学术会议上公布了自己的新发现。他拍出了当时最清晰的DNA样本X射线衍射照片。
会后,一位年轻人找上了威尔金斯,这位年轻人20出头,衣着非常随便,拉着威尔金斯便开始大讲自己对DNA是如何的感兴趣。但威尔金斯没有对他留下什么深刻印象,这场对话无果而终。
年年底,在剑桥的卡文迪许实验室附近,威尔金斯再次见到了那位年轻人,这一次,他的好友,35岁跨专业读博的大龄博士克里克向他介绍,这位年轻人是美国来的沃森,来剑桥做博士后。
克里克在年就来到剑桥卡文迪许实验室读博,但他的状况有些尴尬。
年龄是第一个问题,克里克的学业曾经被二战打断,德国人的轰炸炸毁了他的研究设备,让他转为替英国军方工作。战后,来到卡文迪许实验室的克里克已经33岁。即使在英国,33岁也算是大龄读博。要知道,当时卡文迪许实验室主任布拉格(WilliamLawrenceBragg)获得诺贝尔奖时,只有25岁。
不仅是大龄,还是跨专业读博。克里克原来是研究物理的,博士已经读了一半。但在战后他的兴趣逐渐转向了生物。这意味着克里克要从零开始,他在年才重新学习生物,而且几乎是自学。
同事对克里克的态度也很微妙,几乎没有人否认他百科全书一样的渊博知识,但他的作风却让大家不太喜欢。
克里克性格爽朗,爱说爱笑,声音还偏偏特别洪亮。同事们形容他的笑声是“爆炸性的”,仅仅通过笑声就能在一座大楼里找到他,这让有些同事倍感窒息。当初求职时伦敦国王学院没有给他职位,一个原因就是那边的医学研究会生物物理小组主任兰德尔(JohnRandall)觉得他话太多太吵。
克里克还很爱进入到其他同事的研究领域,这让很多人觉得自己的领地遭到了侵犯。卡文迪许实验室主任布拉格把这称为“做别人的填字游戏”,更直白的一点的说法是,走别人的路,让别人无路可走。
克里克对别人的错误不留情面,他甚至举办了一场研讨会去讨论布拉格的研究错在哪里,可想而知,克里克的同事关系不会好。
如果说克里克是读博太晚,沃森就是毕业太早。他的博士论文是关于"X射线灭活的噬菌体的生物学特性",于年获得博士学位。当时他非常年轻,只有22岁。
对于DNA研究,沃森是半路出家。他虽然一直对DNA感兴趣,但选择DNA作为研究目标,还得感谢威尔金斯那场讲座的引路。当时的威尔金斯表示,X射线衍射照片证实DNA能够结晶。沃森意识到,这也意味着DNA结构是规律的,可以用简明的模型来解释。
威尔金斯和X射线晶体学设备图源:伦敦国王学院沃森急切地想和威尔金斯合作,会后他跑去向威尔金斯搭讪,大谈自己的研究兴趣。他甚至幻想威尔金斯看上了自己的妹妹,这样他就能和威尔金斯建立私交,和他的X射线工作紧密结合在一起,可威尔金斯只是礼貌地点了点头就离开了。
也难怪,威尔金斯当时已经做出了X射线晶体学方面最前沿的DNA研究成果,沃森还是一个完全的小透明,没有什么成果,甚至一点晶体学知识也没有。沃森妄想靠妹妹俘获威尔金斯固然可笑,但当时他确实也没别的什么可以指望。
另一方面,克里克和威尔金斯已经认识了几年,经常在一起吃饭。但克里克一直没意识到DNA的重要性,在威尔金斯沉迷DNA研究时,克里克还觉得他在浪费时间,应该做一些更重要的研究,比如蛋白质。
当沃森来到剑桥见到克里克,一切都改变了。沃森终于有了一个能交流DNA问题的伙伴,克里克则开始重视DNA。两人一见如故,克里克甚至有过电的感觉。
于是,一个奇怪的组合诞生了。一位大气晚成的大龄博士,穿着考究,大吵大闹,一个少年得志的美国博士后,衣着随便,几乎不擦鞋不系鞋带,却说话轻声细气。两人每天在办公室、在酒吧、在饭桌上时刻不停地讨论DNA。
没有同事会想到这两个人会在DNA研究上有所建树。无论沃森还是克里克,DNA研究都不是他们的项目。沃森最初的任务是研究肌红蛋白晶体,后来则是研究烟草花叶病毒,克里克则是用X射线晶体学研究蛋白质。
另外,战后英国在科研投资方面非常节省,给每个实验室分配了不重合的研究任务。DNA研究的资金给了威尔金斯所在的伦敦国王学院,剑桥卡文迪许实验室的项目则是蛋白质相关。无论是DNA样本还是更先进的X射线机器都在伦敦,剑桥根本就没有研究条件。
同事们更关心的是,互相聊得来沃森和克里克分到了同一间办公室,这样克里克的聊天和大笑就不会吵到大家做研究了。而且这两个口无遮拦的人互相批评,总比出来攻击其他人的研究好。
没想到,没过多久两个人就搞了个大新闻,声称已经解出了DNA的结构。
在沃森加入剑桥的同一年,X射线晶体学专家富兰克林加入了国王学院,开始从事DNA的相关研究。她不仅会掌握拍摄更高精度照片的技术,而且擅长解释X射线晶体学的数据。参与研究不久,她和研究生高斯林(RaymondGosling)区分出了DNA的两种构型,细长的A型和短粗的B型,当A型湿度增加时会转变为短粗的B型。
富兰克林图源:sciencehistory.org/VittorioLuzzati在一次国王学院内部会议上,富兰克林展示了新的照片和数据,新的证据更加支持DNA是螺旋型。一直