双螺旋发现70周年:站在巨人肩上的年轻人

作者: 李建会

来源: 赛先生

发布日期: 2023-02-04 19:00:48

本文回顾了1953年DNA双螺旋结构的发现过程,以及这一发现对生物学研究的重大影响。文章详细介绍了克里克和沃森在薛定谔的感召下,如何通过物理学和化学的方法,成功搭建DNA双螺旋模型,并探讨了这一发现对生物学统一的促进作用。

1953年2月28日,第一个DNA双螺旋结构的分子模型诞生,引发生物学研究的重大革命,开启了分子生物学的时代。今年是DNA双螺旋结构发现70周年,《赛先生》推荐这篇首发于2003年的科学史文章,回顾两位年轻的热血青年——克里克和沃森在薛定谔的感召下,踏上了分子生物学研究的征程,成功搭建DNA双螺旋模型的过程。可以说,这一发现,既是天时、地利、人和的结果,也是分子生物学几十年发展的必然。

20世纪有很多发现是由年轻人做出的,然而像沃森这样如此年轻就做出如此巨大的成就却是不多见的。他及他的合作者克里克的成功可以说是分子生物学几十年发展的必然结果。

物理学家步入生物学探讨基因的分子本质并不是轻而易举的事,它不仅需要生物学的知识,而且需要物理学和化学的技能和方法。因此,生物学的进一步发展,迫切需要精通物理学和化学的人才。1932年,量子物理的先驱玻尔作了题为《生命和光》的演讲,表现出对生命奥秘的极大兴趣。玻尔的学生德尔布吕克继承和发展了玻尔的思想,试图用新方法来研究生命。

DNA的X-射线研究用物理化学方法研究生命在当时形成了三个学派:一个是结构学派,主要关注于生物大分子的结构;一个是信息学派,主要关注于研究基因所决定的遗传信息如何表现出来的过程;一个是生化学派,主要关注于生物分子在细胞代谢和遗传中的相互作用。这些学派在相当长的时间内很少来往。但是在涉及生命物质的遗传本质的问题上,它们终于相遇了。

站在巨人肩上在沃森和克里克着手研究DNA时,远远落后于他们的同行。但最终结果是他们的同行都输给了起步较晚的没有名气的沃森和克里克。他们成功的奥秘是天时、地利、人和的结果。所谓天时是指,当时的生物学发展为DNA结构的最终确定作了必要、充足的准备。当时,人们已经清楚了DNA分子的基本组成,弗兰克林等人已经推测出DNA分子有多股链,呈螺旋型等特点,离DNA双股链的螺旋结构只有一步之遥。

生物学在分子水平的统一双螺旋的发现不仅揭示了遗传的奥秘,而且促进了生物学的统一。DNA模型告诉人们遗传信息都写在DNA这本“书”里,是它决定了病毒为什么会成为生命的“瘟疫”,细菌为什么那么善变,老鼠为什么生来就会打洞,马为什么跑得那么敏捷,人为什么会成为万物之灵等等。然而它是如何决定生物性状的呢?即DNA是如何决定蛋白质的合成的呢?

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