text4 《DNA：⽣命的秘密》 #
基础信息 #
作者：詹姆斯·沃森 阶段：section 2
正文 #
第⼀章. 遗传学的起源：从孟德尔到希特勒 #
我⺟亲邦妮·琴恩（Bonnie Jean）相信基因，以我外公的苏格兰⾎统为荣， 认为他具有 诚实、勤奋与节俭等苏格兰传统美德。她本⼈也拥有这些特质，且认为这肯定传承⾃她 的⽗亲。但他不幸早逝，留给她的⾝外之物只有她⼩时候从格拉斯哥（Glasgow）订购 来送她的苏格兰裙。或许正因如此，她才特别珍惜她⽗亲的⽣物遗产，更甚于物质遗 产。 在成⻓过程中，我⽼是跟⺟亲争论天性（nature）和教养（nurture）在我们的成⻓中 所扮演的⻆⾊孰轻孰重。我认为教养重于天性，深信想成为什么样的⼈完全掌握在⾃⼰ ⼿中，拒绝接受基因具有重要⻆⾊的说法，宁可将祖⺟的极度肥胖归因于暴⻝。如果她 的⾝材是基因的产物，未来我也可能⾝材粗壮。然⽽，即使还是位⻘少年，我也不会反 驳遗传的基本原则，也就是“⻰⽣⻰，凤⽣凤”。我跟⺟亲争论的是复杂的特质，例如性 格特质，⽽不是代代相传、造成“家族容貌相似”的单纯特征，当时我虽然是固执的少 年，可仍明⽩这⼀点。我继承了我⺟亲的⿐⼦，⽽我⼉⼦邓肯（Duncan）⼜继承了我 的。 有时特征会在⼏代之间时⽽出现、时⽽消失，有时则⼀连持续多代，其中最著名的例⼦ 之⼀是所谓“哈布斯堡唇”（Hapsburg Lip）的⻓期性状。这种颌⻣突出、下唇下垂的 明显特征，使欧洲哈布斯堡统治者成为数代宫廷画家最可怕的梦魇，⽽且这个特征⾄少 原封不动地遗传了 23 代以上。 近亲通婚使哈布斯堡皇族的遗传悲剧变得更加悲慘。这个家族经常在不同的⽀系与近亲 之间安排婚姻，就建⽴政治联盟，确保王朝的延续⽽⾔，这种做法颇有道理，但是从遗 传学的观点来看，可⼀点也不聪明。近亲通婚可能导致遗传疾病，哈布斯堡皇族就为此 付出了惨痛的代价。哈布斯堡皇族在西班⽛的最后⼀位君主查理⼆世（Charles I），不 仅有堪称典型的家族唇型 （他甚⾄⽆法⾃⾏咀嚼⻝物），还全⾝残废，尽管结过两次 婚，都⽆法⽣下任何⼦嗣。 ⻓久以来，遗传疾病⼀直纠缠着⼈类。在查理⼆世这类的例⼦中，甚⾄对历史造成直接 的影响。追溯诊断指出，在美国独⽴战争中失去新⼤陆这个殖⺠地的英王乔治三世 （George III），患有⼀种称为紫质症 （porphyria）的遗传疾病，致使他不时精神错 乱。有些历史学家，特别是英国的历史学者认为，乔治国王因病分⼼，美国⼈才能在逆 境中获得军事胜利。尽管⼤部分的遗传疾病并未对地缘政治造成影响，却让受害的家族 饱受折磨且通常结局悲惨，有时甚⾄纠缠数代。遗传学并不仅⽌于了解我们的容貌为什 么与⽗⺟相似，也是为了对付⼈类最古⽼的⼀些敌⼈：造成遗传疾病的基因缺陷。 我们的祖先在脑⼦进化到能构思正确的问题时，必定曾对遗传的运作感到好奇。如果你 的兴趣跟我们的祖先⼀样，是在于遗传学的实际⽤途，例如改良家畜和作物（以增加⽜ 的泌乳量，改变果实的⼤⼩等等），光是近亲相似这个显⽽易⻅的原则，就够你忙好⼀阵 ⼦。在⼩⼼地育种数代之后，可以产⽣专内⼈类“量⾝打造”的动植物。所谓 “育种” 是指驯养适合的品种，然后仅培育⽣产⼒最⾼的乳⽜和果实最⼤的果树。这类没有留下 记录的⾟苦⼯作，遵循的是简单的经验法则：产量最⾼的⺟⽜会⽣下产量⾼的后代，果 实⼤的果树种⼦也会种出果实⼤的果树。因此，尽管近百年来科技⼤跃进，但遗传⻅解 绝不是 20 世纪与 21 世纪所独有的。虽然直到 1909 年，英国⽣物学家⻉特森 （William Bateson）才替这⻔学问取名为遗传学（genetics），⽽且尽管 DNA ⾰命已 经开创出具有⽆穷潜⼒的崭新前景，但事实上，早在数世纪以前，默默⽆闻的农夫就已 开始进⾏遗传学上最能造福⼈类的应⽤。我们现在所吃的⾕类、⽔果、⾁类和乳制品 等，⼏乎都是⽼祖宗为了解决问题，在操纵遗传之下所获得的结果，这是最古⽼、影响 最深远的遗传应⽤。 但是，了解遗传的实际机制，倒真不是易事。⼀直到 1866 年，孟德尔 （Gregor Mendel）才针对此议题发表了著名的论⽂（其后科学界⼜忽视了它将近 34 年）。为什 么花了这么久的时间？毕竞，遗传是⾃然界的重要层⾯，更重要的是，我们随处都很容 易观察到它：狗主⼈可以看到棕狗与⿊狗交配后的结果；所有的⽗⺟总是有意⽆意地在 ⼉⼥⾝上寻找⾃⼰的特征。之所以会花这么久的时间，有⼀个简单的原因：遗传机制实 在很复杂。孟德尔对此问题提出的解答，似乎并不是那么直接。毕竟，⼦⼥不只是双亲 特征的“混合物”。或许最重要的是，早期的⽣物学家未能分辨“遗传”（heredity）与 “发育”（development）是两个本质迥异的过程。今⽇我们已经知道受精卵含有来⾃ ⽗⺟双⽅的遗传信息，可以决定这⼈是否会罹患紫质症之类的疾病。这是遗传。其后运 ⽤遗传信息的过程才是“发育”，亦即⼀个简单、基本的细胞 （受精卵）发展成全新个 体的过程。若是从学科来分辨的话，遗传学着眼于遗传信息，发育⽣物学则重视此信息 的应⽤。早期的科学家将遗传与发育混为⼀谈，视之为单⼀现象，因此从未提出能引导 他们找出遗传奥秘的问题。不过，⾃从西⽅⽂明之始，⼈类便已⽤⼀些⽅式朝这个⽅向 努⼒。 希腊⼈曾思考过遗传的问题，包括希波克拉底（Hippocrates）在内。他们创造出“泛 ⽣论”（pangenesis），宣称性⾏为会使缩⼩的⾝体部位转移⾄另⼀个个体：“⽑发、指 甲、静脉、动脉、肌腱与⻣骼，只不过这些粒⼦太⼩， 所以看不⻅。在成⻓过程中，它 们会逐渐彼此分离。”这个说法后来曾短暂复苏，因为当时达尔⽂迫切地需要以⼀个可⾏ 的遗传假说来⽀持他经⾃然选择⽽进化之理论，因此他在 19 世纪后半叶提出泛⽣论的修 正版本。按照达尔⽂的说法，眼睛、肾脏与⻣骼等每⼀个器官，都会贡献出⼩型的“微 芽” （gemmule），它们在体内循环，然后累积在性器官中，最终在有性⽣殖的过程中 进⾏交换。由于这些微芽是在⽣物体的⼀⽣当中制造的，因此达尔⽂主张个体在出⽣后 发⽣的所有改变，例如⻓颈⿅为了吃最⾼处的树叶⽽伸⻓的脖⼦，都能传给下⼀代。然 ⽽，讽刺的是，为了证明其⾃然选择理论，达尔⽂开始⽀持法国博物学家拉⻢克 （Jean-Baptiste Lamarck）有关后天性状的遗传理论，这也是他的进化论所极⼒推翻 的观念。达尔⽂只援⽤拉⻢克的遗传理论，他依然相信⾃然选择是进化背后的动⼒，但 假设⾃然选择是在“泛⽣”所产⽣的变异下运作的。如果当时达尔⽂知道孟德尔的研究 （达尔⽂的《物种起源》） 问世后不久，孟德尔就发表了他的成果，但达尔⽂⼀直没注 意到），也许就可以免去在事业后期得替拉⻢克的⼀些观念勉⼒寻找证据的尴尬。 泛⽣论假设胚胎是由⼀组缩⼩的成分所组成，另⼀个理论“先成论” （preformationism）则⼀举避开了组合的步骤：卵⼦或精⼦中的⼀个（⾄于是哪⼀ 个，则引起许多争议）包含了“预先形成”的完整个体，称为“雏型⼈”（homunculus）。 ⽽发育只是把它放⼤为完全⻓成的⼈。在先成论⻛⾏的年代， 对今⽇所谓的 遗传疾病有诸多解释。有时它被视为上帝的惩罚，或是妖怪与魔⻤的恶作剧，有时则被 视为是⽗亲的 “种⼦”过多或不⾜或⺟亲在怀孕时有“邪念”所造成的结果。拿破仑曾 ⽴法允许准妈妈当扒⼿，考虑的前提就是孕妇因⽆法实现欲望⽽感到压抑或沮丧时，有 可能造成胎⼉畸形。不⽤说，这些看法并⽆益于我们对遗传疾病的了解。 到了 19 世纪初，更精良的显微镜推翻了先成论，因为⽆论多努⼒，都⽆法在精⼦或卵⼦ ⾥看到蜷缩的雏型⼈。虽然泛⽣论这个错误观念较早出现，但持续的时间反⽽较久，该 理论坚持，这是因为微芽太⼩⽽看不到的缘故，但最终德国⽣物学家魏斯曼 （August Weisman）还是推翻了泛⽣论。魏斯曼主张遗传取决于世代之间种质 （germ plasm） 的连续性，因此个体⼀⽣中的⾝体变化，⽆法传递给后代。他做了简单的实验：把好多 代的⽼⿏尾巴切断。根据达尔⽂的泛⽣论，没有尾巴的⽼⿏会制造代表“⽆尾”的微 芽，因此它们的⼦孙应该会出现尾巴严重发育不全甚⾄没有尾巴的现象。魏斯曼证明了 即使把许多代⽼⿏的尾巴截断，最新⼀代的⽼⿏还是会⻓出尾巴。⾄此，泛⽣论终于溃 不成军。 最后找出正确答案的⼈是孟德尔。然⽽⽆论以哪⼀种标准来看，他都不像科学界的超级 巨星。孟德尔 1822 年出⽣于现今捷克境内的农⺠家庭，在乡下学校的表现优异， 岁 就进⼈奥古斯丁教派设于布尔诺（Brinn）的修道院。在历经担任教区教⼠的惨痛经验 后（他在担任布道之神职后精神崩溃）， 他尝试从事教职。据说他是个优秀的⽼师，但 是要成为合格的全科教师，就必须通过考试，可惜他没通过。于是修道院的院⻓奈普 （Napp）派他到维也纳⼤学进修，要他为重新应试苦读。虽然在维也纳时，孟德尔在 物理学上的表现相当优异，但他还是没通过考试，后来⼀直只能担任代课⽼师。 1856 年左右，在奈普院⻓的建议下，孟德尔开始进⾏与遗传相关的科学实验。他在修道 院花园⾥属于他的那块地上种植⾖科植物，研究各种植物不同的性状。1865 年，他在两 次演说中，向当地的⾃然史学会展⽰研究成果， ⼀年后⼜在学会的期刊上发表实验成 果。这是⼀个⾮常卓越的研究。实验本⾝经过精⼼设计，在执⾏时煞费苦⼼，孟德尔对 实验结果的分析则精辟⾼明。 他所接受的物理学训练，显然对他在研究上的突破颇有贡 献，因为他采取了与当时的⽣物学家不同的做法，以定量⽅式处理问题。他不仅指出 红、⽩花杂交后会产⽣⼀些红的和⼀些⽩的⼦代，还实际计算它们的数量，发现⼦代的 红⽩⽐例可能具有重要意义，事实上也的确如此。可是在将论⽂送给多位杰出科学家 后，孟德尔却发现他完全被科学界所忽略。他试图引起注意的做法却招致反效果。他写 信给他认识的当代科学⼤师，慕尼⿊⽣物学家内格⾥ （Karl Nageli），请他重复⾃⼰的 实验，还附上 140 包清楚标⽰的种⼦。其实这是多此⼀举，因为内格⾥认为这位默默⽆ 闻的修⼠应该帮⾃⼰做实验，⽽不是反过来要他亲⾃动⼿。因此他将⾃⼰录喜愛的⼭柳 菊属植物（hawkwced） 的种⼦送给孟德尔，反⽽要这位修⼠以不同的物种重现⾃⼰的 实验结果。只可惜基于多种因素，⼭柳菊属植物并不适合⽤于重复孟德尔的豌⾖实验。 这整个实验只是浪费了他的时间。 孟德尔是修⼠、教师兼研究⼈员，但是他低调的⽣活在 1868 年突然告终，该年奈普院 ⻓过世，孟德尔获选为修道院院⻓。尽管他仍然继续研究蜜蜂与⽓候，但⾏政管理的责 任实在繁重，特别是修道院⼜卷⼊⽋税的纷争中， 再加上其他的因素，妨碍了他的科学 研究。最后，他因⾝材肥胖⽽⽆法继续在⽥园现场⼯作，他曾写道，爬坡这件事“在这 个重⼒⽆所不在的世界，对我⽽⾔⾮常困难”。他的医⽣开出的处⽅是以烟草控制体重， 他也遵从医⽣指⽰，每天吸 20 根雪茄，这与丘吉尔⼀样多。不过让他病倒的倒不是肺 病， 年，孟德尔因⼼脏与肾脏的并发症逝世，享年 61 岁。 孟德尔的研究成果不仅深埋在乏⼈问津的学术期刊⾥，且当代⼤多数的科学家恐怕也⽆ 法理解其精髓。他精密的实验与复杂的定量分析远远超越时代，直到 20 世纪，进⼊ 20 世纪后科学界才赶上他的脚步。三位对类似问题感兴趣的遗传学家，重新发现孟德尔的 研究，并且掀起⼀场科学⾰命。科学界终于准备好接受这位修⼠的豌⾖实验。 孟德尔发现亲代会将特定的因⼦（factor）传给⼦代，后来这些因⼦就被称为基因 （gene）。他的研究显⽰这些因⼦成对出现，⽽且⼦代是从两个亲代各接受⼀个因⼦。 在观察到豌⾖有绿（G）与⻩（Y）两种不同的额⾊后，孟德尔推论豌⾖的颜⾊基因有两 种。若豌⾖要成为绿⾊，就必须要有两个 G 颜⾊基因，此时我们称该豌⾖的颜⾊基因为 GG。因此，它必定是各从⼀个亲代接收到⼀个 G 颜⾊基因。然⽽，⻩⾊豌⾖则是 YY 与 YG 组合下的产物，只要有⼀个 Y 颜⾊基因就⾜够产⽣⻩⾊豌⾖，Y 会盖过 G。因为 在 YG 的例⼦中，Y 的讯号盖过 G 的讯号，我们称 Y 为“显性”（dominant），⽐较弱 的 G 颜⾊基因则称为 “隐性”（recessive）。 每个亲代的豌⾖植物都有两个豌⾖颜⾊基因，但只会将其中⼀个传给⼦代，⼦代的另⼀ 个颜⾊基因则是由另⼀个亲代提供。以植物为例，花粉粒中包含精细胞，这是雄性贡献 给下⼀代的，每个精细胞都只含⼀个豌⾖颜⾊基因。具有 YG 组合的亲代豌⾖，会制造 出包含 Y 或 G 颜⾊基因的精⼦。孟德尔发现这个选取过程是随机的：植物产⽣的精⼦当 中，%的精⼦会有 Y 颜⾊基因，%会有 G 颜⾊基因。 许多遗传之谜顿时豁然开朗。以⾼⼏率（事实上是 %）代代遗传的性状为显性，例如 哈布斯堡家族下垂的下唇。其他在族谱上偶尔发⽣且经常隔代出现的性状，则可能是隐 性。就隐性基因⽽⾔，个体必须带有两个隐性基因，才能表现出其相应的性状。仅携带 ⼀个基因的个体，称为带因者 （carrier）：他们本⾝不会出现相应的性状，但是可以将 此基因传给下⼀代。因为⾝体⽆法制造⾊素，⽽造成⽪肤与⽑发明显星现⽩⾊的⽩化症 （albinism）， 就是以这种⽅式传递的隐性性状。因此，⽩化症患者必定有两个分别来 ⾃双亲的⽩化症基因。这时双亲可能⼀点也看不出拥有这种基因，如果他们都只有⼀个 基因（这种情况经常发⽣），那么他们俩都是带因者，⽽这种性状⾄少跳过了⼀代。⼀个 有名的例⼦是斯本内牧师（William Archibald Spooner）， 他是⽩化症患者，此外他 动辄会出现⼀种特殊的语⾔混乱（同时有这两种病症可能只是巧合），例如他会把 a well-oiled bi-cycle 说成 a well-boiled icicle。后来这种⾸⾳互换的现象即依他的名字 命名为“斯本内现象”（spoonerism）。 孟德尔的研究结果显⽰，的确有些东西是代代相传，⽽且是实际的物质。 但这些物质的 本质究竟是什么？ 科学家使⽤⽇益精良的显微镜，研究细胞的微⼩结构，并且在孟德尔过世的 1884 年左 右，创造了“染⾊体”（chromosome）这个词，⽤以指称细胞核内的细⻓线状物质。 不过，⼀直到 1902 年，他们才把孟德尔和染⾊体联想在⼀起。 哥伦⽐亚⼤学医学院的学⽣瑟顿（Walter Sutton），发现染⾊体与孟德尔的神秘因⼦有 许多相同之处。瑟顿研究蚱蜢的染⾊体，发现它们⼤多成对出现，跟孟德尔的成对因⼦ ⼀样。但是瑟顿也发现有⼀种细胞的染⾊体并不成对，那就是性细胞。蚱蜢精⼦只有⼀ 组染⾊体，⽽不是成对的两组，这与孟德尔所描述的完全相符。孟德尔发现，豌⾖植物 的精细胞中，只携带各种特定因⼦中的⼀份。孟德尔的遗传因⼦（即现在我们所说的基 因）显然位于染⾊体上。
在德国独⽴进⾏研究的波弗利（Theodor Boveri）也得到和瑟顿相同的结论，后来他们 的研究所促成的⽣物⾰命，就称为瑟顿⼀波弗利染⾊体遗传理论。基因突然成为实际存 在的物质，⽽且位于⽤显微镜就可以实际看到的染⾊体上。 然⽽，并⾮所有的⼈都相信瑟顿⼀波弗利理论，同样在哥伦⽐亚⼤学的摩根 （Thomas Hunt Morgan）就是其中之⼀。他从显微镜上看到细带状的染⾊体时，实在很难想像它 们是世代之间所有改变发⽣的原因。如果所有基因都排列在染⾊体上，⽽所有染⾊体都 原封不动地代代相传，许多性状必定会⼀起遗传。不过这跟实验结果不符，染⾊体似乎 不⾜以解释我们在⼤⾃然中观察到的变异。后来，摩根这位精明的实验主义者，想出⼀ 个⽅法来解决这种差异。他转移⽬标，拿果蝇（Drosophila Melanogaster）来做实 验，从此这种单调的⼩⽣物就成为遗传学家的最爱。 摩根并不是第⼀位拿果蝇来做繁殖实验的科学家，这美名应该属于哈佛的⼀间实验室， 他们在 1901 年就⽤果蝇作过研究。不过果蝇能进⼊科学殿堂，还是得归功于摩根的研 究。果蝇⾮常适合⽤于遗传实验。它们很容易找 （只要曾在夏天把⾹蕉放到烂⽽忘了吃 的⼈，肯定知道这是什么意思）、很容易养（拿⾹蕉喂它们就⾏了），只要⼀个⽜奶瓶就 可以装数百只果蝇（摩根的学⽣取得⽜奶瓶易如反掌，他们趁黎明时跑到附近曼哈顿住 宅区，偷偷拿⾛住⼾放在⻔阶上的空⽜奶瓶）：⽽且它们会不断地繁殖（⼤约 10 天就可 以完成整个世代，每只雌蝇可产下数百颗卵），于是从 年开始，摩根和他的学⽣ （所谓“摩根的孩⼦们”）就在他们以肮脏、蟑螂橫⾏和⾹蕉腐臭味著称的实验室（昵称 为“果蝇室“），展开果蝇研究。 孟德尔以农夫与园丁经年观察到的变异性状为研究基础，例如豌⾖有⻩⾊与绿⾊、皱⽪ 与平滑之分，但摩根在研究果蝇时，没有任何已经确⽴的遗传差异可⽤。但是若要研究 遗传学，就必须得分隔出⼀些明显不同的性状，再追踪它们在世代之间的遗传情况才 ⾏。因此摩根的⾸要⽬标是寻找果蝇的变种，相当于⻩⾊或皱⽪的碗⾖。他要寻找的是 新的遗传性状，亦即在族群中出现的随机变异。 摩根最先发现的⼀个变种⾮常有⽤。正常果蝇是红眼，变种果蝇则是⽩眼。他也发现⽩ 眼果蝇通常是雄蝇。当时已知果蝇的性别是由染⾊体所决定， ⼈类的性别也⼀样。雌蝇 有两条 X 染⾊体，雄蝇则有⼀条 X 染⾊体和⼀条⼩得多的 Y 染⾊体。在了解这些信息 后，⽩眼的结果突然变得合理。决定眼睛颜⾊的基因位于 X 染⾊体上，⽽⽩眼的突变基 因 W 为隐性。由于雄蝇只有⼀条 X 染⾊体，在没有显性基因的压抑下，即使是隐性基 因也会⾃动显现。⽩眼雌蝇较罕⻅，因为它们通常只有⼀个 W，因此显现的是显性的红 眼。在找到控制眼睛颜⾊的基因与 × 染⾊体之间的关联后，尽管刚开始时态度有所保 留，摩根还是有效证实了瑟顿-波弗利理论。他也发现了“性联遗传”（sexlinkage）的 例⼦。所谓性联遗传是指⼀个特定的特征在⼀种性别中出现的⽐例特别⾼。 如同摩根的果蝇，维多利亚⼥王也是性联遗传的著名实例。她的⼀个 × 染⾊体上有⾎友 病（hemophilia）的突变基因，罹患这种“流⾎病”的⼈⽆法正常凝⾎。由于她的另 ⼀条染⾊体正常，⽽⾎友病基因是隐性，因此她本⼈并未得病，只是带因者。她⼥⼉也 未得病，显然她们俩⾄少都有⼀个正常基因，但是维多利亚的⼉⼦们就不都是这么幸运 了。如同所有的雄性动物（包括雄果蝇在内），维多利亚的⼉⼦都只有⼀条 X 染⾊体， ⽽且这条染⾊体肯定遗传⾃维多利亚（他们的 Y 染⾊体只可能来⾃维多利亚的丈夫艾伯 特亲王）。维多利亚有⼀个突变基因和⼀个正常基因，因此她每个⼉⼦都有 %的⼏率 罹患⾎友病。利奥波德王⼦（Prince Leopold）就抽到了下下签：他患了⾎友病，31 岁时因⼩摔⼀跤⽽流⾎⾄死。维多利亚的两位⼥⼉艾丽斯（Alice） 与⽐阿特丽斯 （Beatrice）都从⺟亲⾝上遗传到突变基因，因此都是带因者， 各⽩⽣下携带⾎友病基 因的⼉⼥。艾丽斯的孙⼦，俄罗斯王位继承⼈皇太⼦亚历克西斯（Alexis）就罹患⾎友 病，就算俄国⼤⾰命时布尔什维克党⼈未能抢先杀了他，他肯定也会早逝。 摩根的果蝇还透露出其他的秘密。摩根和他的学⽣在研究相同染⾊体的基因时，发现在 精细胞与卵细胞的制造过程中，染⾊体会先断裂、再重新组成，也就是说摩根在开始时 对瑟顿-波弗利理论的反对看法，其实并没有根据。以现代遗传学的说法，这种断裂再重 新组成的“重组作⽤”（recombination）、使成对染⾊体之间的基因发⽣易位。换句话 说，例如我从⺟亲遗传到的第 12 号染⾊体（另⼀个当然来⾃我⽗亲），实际上是我⺟亲 本⾝两条第 12 号染⾊体的混合物，她这两条染⾊体分别来⾃我外婆和我外公。 我⺟亲 在制造卵细胞时，这两条第 12 号染⾊体发⽣重组（交换段落），最后成为了我。因此我 从⺟亲那⼉遗传到的第 12 号染⾊体，可视为是由我外祖⽗⺟的第 12 号染⾊体拼接⽽成 的。当然，我⺟亲从我外婆那⼉遗传到的第 号染⾊体，则是由她外祖⽗⺟的第 12 号 染⾊体拼接⽽成的，依此类推。 重组使得摩根与他的学⽣能够在特定的染⾊体上，定出特定基因的位置。 重组涉及染⾊ 体的断裂（以及重新连接），因为基因就像排列在染⾊体上的珠⼦，从统计观点来看，在 相隔很远的两个基因之间发⽣断裂的可能性，远多于相隔很近的两个基因（相隔远的两 个基因之间可能发⽣断裂的点较多）。因此，如果我们发现某条染⾊体上任意两个基因之 间的重组情况很多，就可以推论它们相隔很远；重组情况愈少，基因可能愈接近。这个 强有⼒的基本原理，成为绘制基因图谱的基础。许多年之后，参与⼈类基因组计划的科 学家， 以及在对抗遗传疾病前线作战的研究⼈员所使⽤的⼀个重要⼯具，正是当年在哥 伦⽐亚⼤学这间肮脏拥挤的果蝇室中发展出来的。现在每当报纸科学版上出现“找到某 某基因”的头条新闻时，都是在向摩根与其学⽣的创新研究致敬。 重新发现孟德尔的研究及随之⽽来的突破，使各界对遗传学的社会意义兴趣激增。在 世纪和 19 世纪，科学家努⼒掌握遗传的精确机制，⽽⺠众则⽇益关切“退化阶层” （degenerate class）对社会所造成的负担，所谓 “退化阶层”指救济院、感化院与精 神病院⾥的⼈。该如何处置这些⼈呢？是要仁慈地对待他们，还是⼲脆忽视不管，各⽅ 的看法不⼀。倾向于不要仁慈对待他们的⼈宣称，仁慈只会让这些⼈不思努⼒，永远仰 赖国家或私⼈机构的慷慨赈济：但倾向于仁慈对待的⼈则认为，忽视他们只会使这些不 幸的⼈处于没有能⼒⾃助的状态，永远⽆法脱离困顿。 年达尔⽂《物种起源》⼀书出版后，这些议题成为众所瞩⽬的焦点。 虽然达尔⽂ 谨慎地避谈⼈类的进化，担⼼这么做只会对⽇益激烈的争议⽕上加油，但是不⽤什么⾼ 超的想像⼒，⼈们轻易就可以将他的⾃然选择观念套⽤在⼈类⾝上。⾃然选择决定⾃然 界所有遗传变异的命运，这些变异包括摩根在果蝇眼睛颜⾊基因中发现的突变，或许也 包括个⼈⾃⽴能⼒的差异。 ⾃然族群拥有庞⼤的繁殖潜⼒。以果蝇为例、果蝇完成⼀个世代只需 天，每只雌蝇 可以产下 多颗卵（其中有⼀半是雌蝇）。从⼀对果蝇开始， 只要⼀个⽉（也就是三 个世代之后）就可以得到 × × 只果蝇，亦即⼀对果蝇在⼀个⽉内就可以繁 殖出超过 300 万只果蝇。达尔⽂选择以繁殖谱系上另⼀端的物种来说明重点： ⼀般认为⼤象是所有已知动物中繁殖最慢的动物。我花了不少⼯夫估计它⾃然 增加的最⼩可能速率：我们可以假设⼤象在 岁时繁殖，然后持续繁殖到 90 岁，在这段期间产下三对⼩象：若是如此，到了第五个世纪，就会有 1500 万只 ⼤象是第⼀对⼤象的后代。
这些计算是假设所有的⼩果蝇和⼩象都能安然⽆恙地⻓⼤。因此，在理论上，必须有⽆ 限多的⻝物与⽔，才能维持这类过度繁殖。当然，实际上⻝物和⽔等资源都是有限的， 并⾮所有的⼩果蝇和⼩象都能安然⻓⼤。同物种的个体之间会相互竞争这些资源。决定 谁能赢得这些资源的因素是什么？达尔⽂指出，遗传变异代表有些个体在他所谓的“⽣ 存竞争”（the struggle for existence）中具有优势。以他在科隆群岛上⻅到的那些芬 雀为例，具有遗传优势（例如⻦喙⼤⼩刚好能吃当地数量最多的种⼦）的个体，⽣存繁 殖的⼏率较⾼。因此，具有优势的遗传变异，⽐如拥有⼤⼩适当的啄、⽐较有可能传到 下⼀代。结果便是⾃然选择使下⼀代拥有有利的突变，最终在经过⾜够的世代后，物种 的所有成员都具有这个特性。 维多利亚时代的⼈将相同的逻辑套⽤在⼈类⾝上。他们环顾四周，发现所⻅令⼈忧⼼。 循规蹈矩、注重道德、⼯作勤奋的中产阶级，繁衍速度远不及肮脏、不道德⼜懒惰的下 层阶级。他们认为，守规矩、注重道德和勤劳的美德，就跟肮脏、放纵与懒惰的恶习⼀ 样会世代相传。这类性格必定具有遗传性，因此对维多利亚时代的⼈⽽⾔，“道德”与 “不道德”只是达尔⽂的两个遗传变异⽽已。如果低下阶层的繁殖速率⽐⾼尚阶级快， 那么⼈⼝⾥的“坏”遗传因⼦将会增加。⼈类将会毁灭！⼈类会逐步迈向堕落， 因为 “不道德”的遗传因⼦将愈来愈普遍。 ⾼尔顿（Francis Galton）会对达尔⽂的书另眼相待，因为达尔⽂是他的表兄和朋友。 他在颇不顺遂的⼤学时期就接受过年⻓他 13 岁的达尔⽂指导。但后来他是在《物种起 源》⼀书的启发下，才展开了⼀场社会与遗传的改⾰运动，并最后酿成灾难性的后果。 1883 年，在表兄达尔⽂死后⼀年，⾼尔顿赋于这个运动的名称是：优⽣学 （eugenics）。
优⽣学只是⾼尔顿的众多兴趣之⼀。拥护他的⼈称他为博学之⼠，批评者则把他贬为业 余⼈⼠。事实上，他在地理学、⼈类学、⼼理学、遗传学、 ⽓象学与统计学等领域贡献 卓著，并在犯罪学领域，为指纹分析奠定了稳固的科学基础。⾼尔顿出⽣于 1822 年， 家境富裕，他研习医学和数学，但成绩很令⼈失望。他 岁时丧⽗，从此摆脱⽗亲的 束缚，并获得可观的遗产，年轻的⾼尔顿便充分运⽤这两点。在过了整整 6 年典型的辍 学富家⼦漫⽆⽬标的⽣活后，⾼尔顿终于安定下来，成为了维多利亚时代的领导阶层， 成就颇丰。1850 年到 1852 年，他率领⼀⽀探险队，前往当时罕为⼈知的⾮洲西南部地 区，因⽽成名。在他描述的探险旅程中，我们发现能将他许多兴趣串连起来的⼀条线 索：他偏好计算和测量任何事物。⾼尔顿惟有在将现象简化成数字时，才会感到快乐。 ⾼尔顿在⼀个传教⼠的驻点，遇到⼥臀过肥症 （steatopygia）的显眼样本，这种症状 是拥有特别突出的臀部， 常⻅于该地区的原住⺠纳⻢族（Nama）的⼥性⾝上。他发现 这些妇⼥天⽣就拥有当时在欧洲流⾏的体型，惟⼀的差别在于欧洲的裁缝师得有惊⼈ （和所费不赀）的创意，才能为客⼾创造出他们所想要的体态。 我是科学家，⾮常想取得她体型的正确尺⼨，但却很难办得到。我对霍屯督族 （Hottentot，纳⻢族的荷兰名）的语⾔⼀窍不通，因此⽆法向这位⼥⼠解释我 的量尺要测量的⽬标，当然我也不敢要求我那可敬的传教⼠主⼈充当我的翻 译。因此，在望着她的⾝形时，我不禁陷⼊困境，这是慷慨的⼤⾃然特别赐予 这个种族的赠礼，任何裁缝就算⽤上以环圈撑开的裙⼦和填塞物，也只能谦卑 地加以模仿。我赞叹的⽬标就站在树下，左顾右盼，跟期望赞美的⼥⼠⼀样。 这时我突然看到我的六分仪，我灵机⼀动，开始从上下，交叉、 对⻆线等各个 ⽅向观察她的体型，为了避免任何错误，仔细地把数字写在⼀张草图上；等写 好后，我⼤胆地拿出量尺，开始测量我和她站⽴的地⽅相隔的距离，在获得底 ⻓和⻆度后，我利⽤三⻆法和对数法得出了结果。 ⾼尔顿对量化的热情，使他获得现代统计学的许多基本原理，引导出⼀些⾼明的观察结 果。例如，他会测试祈祷的功效。他想如果祈祷有⽤的话， 最常祈祷的⼈应该占有优 势，为了测试这个假设，他开始研究英国君主的寿命。每个星期天，英国国教教会在做 礼拜时，都会按公祷书恳求上帝“赐于国王/⼥王天恩，使之万寿⽆疆、福禄双全”。⾼ 尔顿推论，所有的祈祷的累积效果应该很有⽤。事实上，祈祷似乎没有效：他发现英国 君主平均⽐其他的英国贵族早逝。 由于达尔⽂的关系，⾼尔顿对于某些⾎统的杰出⼈⼠特别多的现象⾮常敏感；他们共同 的祖⽗伊拉斯谟•达尔⽂（Erasmus Darwin）也是当代的智识巨擘。1869 年，他发表 了⼀篇集其优⽣观念之⼤成的论⽂，名为《遗传天才：其法则与后果之探究》 （Herediary Genius： An Inquiry into lis Lavs and Consequences）。他在⽂中主 要想证明，才能就像哈布斯堡唇这类简单的遗传特征，的确会在家族⾥流传。例如他指 出，有些家族世代皆出法官。他的分析⼤半略⽽不提环境的影响，毕竟相较于佃农之 ⼦，杰出法官之⼦的确⽐较有机会成为法官，就算没别的原因，光靠⽗亲在法律界的⼈ 脉就有影响。不过⾼尔顿也并未完全忽略环境的影响，“天性/教养”⼆分法就是他⾸先 提出的，但出典可能是莎⼠⽐亚笔下⽆可救药的恶棍卡利班 （Caliban）：“恶魔，天⽣ 的恶魔，即便教养也⽆法改变其天性。”（引⾃《暴⻛⾬》⼀剧） 然⽽，⾼尔顿⽆疑深信他的分析结果，他写道： 有些假设偶尔会明⽩指出，但也经常以暗⽰的⽅式告诉我们， 婴⼉⽣时都⾮常 相似，⽽造成男孩之间以及男⼈之间有所差异的惟⼀原因，就在于勤奋努⼒和 道德影响，这在教导⼉童学好的故事中特别常⻅，但我对这种假设却感到⽆法 忍受。我坚决反对天⽣平等论的虚假主张。 ⾼尔顿坚信这些性状是由遗传所决定的，因此，如果优先繁衍有才华的⼈，阻⽌才⼲低 下的⼈繁衍，就能“改善”⼈类的⾎统。 只要⼩⼼地选择，我们很容易就可以培育出特别会跑，或擅⻓做某些事的狗或 ⻢的永久品种，因此只要通过连续数代明智的婚姻，要产⽣具有⾼度天赋的⼈ 种，也是实际可⾏的。 ⾼尔顿引进“优⽣学”―词（eugenics，源⾃希腊⽂，字义为“⽣⽽优良” [good in birth），⽤以描述将基本的农业育种原则应⽤在⼈类⾝上。后来优⽣学指的是“⾃我导 向的⼈类进化”（self-directed human evolution）。优⽣学者认为，只要刻意选择谁 该⽣⼩孩，就能消除维多利亚时代的⼈所忧虑的“优⽣危机”。他们之所以会有这种想 法，是因为当时所谓次等⾎统的⽣育率⾼，⽽优秀的中产阶级则通常是⼩家庭。
第⼆章. 双螺旋：⽣命之所在 #
我在芝加哥⼤学三年级时，迷上了基因。我原本想当博物学家，向往⽇后能离开⾃幼成 ⻓的芝加哥南区，到没有都市尘嚣的地⽅发展职业⽣涯。让我改变⼼意的，并不是某位 难忘的⽼师，⽽是 年出版的⼀本薄薄的⼩书《⽣命是什么？》，作者是奥地利籍的 波动⼒学之⽗薛定谔（Erwin Schrodinger）。这本书辑录了他前⼀年在都柏林的⾼等 研究院（Institute for Advanced Study）发表的数场演讲。这么伟⼤的物理学家竟会 花时间写⽣物学的书，引起了我的兴趣。当时我和⼤多数的⼈都认为，化学与物理学才 是“真正的”科学，⽽理论物理学更是科学翘楚。 薛定谔认为，我们可以从储存与传递⽣物信息的观点来思索⽣命。因此，染⾊体只是信 息的携带者。由于每个细胞都要容纳这么多的信息， 因此这些信息必须压缩成薛定谔所 谓的“遗传密码脚本”（hereditary code-script）。 植⼊染⾊体的分⼦结构内。要了解 ⽣命，就必须辨识这些分⼦，破解它们的密码。他甚⾄臆测，了解⽣命（包括找到基 因）说不定能让我们超越当时所知的物理定律。薛定谔这本著作的影响甚巨，⽇后许多 在分⼦⽣物学这出⼤戏的序幕中成为要⻆的⼈物，包括我和克⾥克（他先前是物理学 者）在内，都拜读过这本书，⽽且深受感动。 以我为例，薛定谔触动了我的⼼弦，因为我对⽣命的本质也很感兴趣。 当时仍有少数科 学家认为，⽣命仰赖全能的上帝赋予⽣命⼒。不过如同我⼤多数的⽼师，我也鄙视⽣机 论的观念。如果这种“⽣命⼒”是⼤⾃然运作的主宰，我们势必很难经由科学⽅法来了 解⽣命。反之，⼀想到⽣命可能借由⼀本以密码写成的指令书⽽永续⻓存，就令我神往 不已。什么样的分⼦密码能够复杂到⾜以传递众多的⽣命奇迹？⼜有什么样的分⼦秘 密，让染⾊体在复制时都能复制出⼀模⼀样的密码？
在薛定谔于都柏林演讲的年代，⼤多数的⽣物学家都认为，最终科学界会证明蛋⽩质是 遗传指令的主要携带者。蛋⽩质是由 20 种不同的建构单元 （氨基酸）所组成的分⼦ 链。由于氨基酸沿分⼦链排列的顺序可以说有⽆限多种，因此原则上蛋⽩质是有可能隐 含造成⽣命如此多样的密码信息的。虽然 DNA 就位于染⾊体上，为世⼈所知也有 75 年 之久，但当时并未将 DNA 视为密码脚本的可能携带者。1869 年，在德国⼯作的瑞⼠⽣ 化学家⽶契尔（Friedrich Miescher），从当地医院沾满脓的绷带上分离出⼀种物质， 并称之为“核素”（nuclein）。脓⼤多由具有细胞核的⽩⾎球构成（红⾎球没有细胞 核），因此也具有包含 DNA 的染⾊体，⽶契尔等于在⽆意间发现了 DNA 的良好来源。 稍后当他发现惟有在染⾊体⾥才找得到“核素”时，就知道⾃⼰有了重⼤发现。 年，他写道：“遗传确保形态能世代延续，⽽这⼀切就隐藏在⽐化学分⼦还深的层次。它 隐藏在结构化的原⼦群组内。因此，我⽀持化学遗传论。”
然⽽，数⼗年后，化学仍⽆法分析庞⼤复杂的 DNA 分⼦。⼀直到 20 世纪 30 年代，科 学家才证明 DNA 是由四种不同的化学碱基所构成的⻓分⼦，即腺嘌呤（A）、⻦嘌呤 （G）、胸腺嘧啶（T）与胞嘧啶（C）。不过在薛定谔发表演说的年代，科学界尚不明⽩ DNA 分⼦上的这些次单位（称为脱氧核糖核苷酸 [deoxynucleotide］）在化学上如何 链接，也不知道 DNA 分⼦的四种化学碱基序列是否有差异。如果 DNA 真的是薛定谔所 谓的密码脚本，那么这种分⼦应该有极多种不同的形式。不过在当时，⼀般仍认为整条 DNA 链有可能是由⼀个简单序列（例如 AGTC）⼀再重复出现⽽构成的。 直到 1944 年，DNA 才成为遗传界的焦点，当时艾弗⾥（Oswald Avery） 在纽约洛克 菲勒研究所（Rockefeller Institute）的实验室发表报告说，肺炎病菌的外膜组成可以 改变。这个结果出乎他和⻨克劳德（Colin Macleod）与⻨卡提（Maclyn McCarty） 这两位资历较浅的同事意料。 艾弗⾥的研究⼩组花了 10 余年的时间，持续追踪英国卫⽣部科学家格⾥菲斯（Fred Grittith）在 1928 年观察到的奇特现象。格⾥菲斯对肺炎很感兴趣，潜⼼研究肺炎的致 病菌肺炎双球菌（Pneumococcus）。当时已知肺炎双球菌有两种形态、依照它们 在显微镜下的外观⽽分为“平滑”（smooth）的 S 型与“粗糙”（rough）的 R 型。两 者不仅外观不同，毒性也不同。将 S 型注⼊⽼⿏体内，⼏天内⽼⿏就会死去，但是注⼊ R 型的⽼⿏则依旧健康。后来发现 S 型的细胞有荚膜，可以防⽌⽼⿏的免疫系统认出它 是⼊侵者。R 型的细胞没有荚膜，因此会受到⽼⿏免疫系统的攻击。
格⾥菲斯从参与公共卫⽣的经验中得知，单⼀病⼈⾝上有时能分离出多种类型的菌株， 因此他很好奇，不同类型的菌株在实验⿏⾝上会如何交互作⽤。后⽶他在⼀种组合上有 了重⼤发现：当他将加热杀死的 S 型菌株（已变得⽆害）及正常的 R 型菌株（原本就⽆ 害）同时注⼊⽼⿏体内时，⽼⿏会死亡。两种⽆害的菌株在混合后，怎么可能变得致命 呢？后来他分离出死⽼⿏⾝上的肺炎双球菌，发现⾥⾯有活的 S 型菌，线索于是出现。 ⽆害的 R 型菌似乎会从已死的 S 型菌取得不明物质：⽆论此物质为何，它显然会使 R 型 菌在有加热致死的 S 型菌存在时，转型为活的杀⼿型 S 菌。格⾥⾮斯从死⽼⿏⾝上培育 出数代的 S 型菌，证实这种变化的确存在：这些细菌繁殖成 S 型菌， 如同任何正常的 S 型菌株。注⼊⽼⿏体内的 R 型菌真的发作了“遗传”变化。 尽管这种转型现象似乎与当时的了解相悖。但格⾥菲斯的观察结果起初并未在科学界激 起太⼤的连漪。部分原因在于格⾥⾮斯⾮常注重隐私，厌恶⼤型聚会，鲜少参加科学会 议，有⼀次还是在别⼈强迫下才发表演讲。那次他被同事架到出租⻋上，护送⾄演讲 厅，然后以含糊单调的声调发表演说， 谈的是他在微⽣物领域所作的艰涩研究，完全没 有提及细菌转型。幸好，并⾮所有⼈都忽视格⾥菲斯的突破。 艾弗⾥对肺炎双球菌糖⾐般的荚膜也很感兴趣。他复制格⾥⾮斯的实验， 试图分离出使 R 型菌变成 S 型菌的物质，找出它的特征。1944 年，艾弗⾥、 ⻨克劳德与⻨卡提公布 了他们的研究结果：他们以精⼼设计的⼀组实验明确地证实，DNA 就是造成这种变化的 “转化⼦”（transforming factor）。艾弗⾥及其研究⼩组⽤试管培养细菌，⽽不是⽤ ⽼⿏，因此更容易在加热致死的 S 菌细胞上，找出哪个化学物质是转型因⼦。他们有系 统地⼀⼀破坏经过加热处理的 S 型菌的⽣化成分，看要摧毁哪⼀种成分，才能阻⽌转型 发⽣。⾸先他们使 S 型菌糖⾐般的荚膜⽔解，但转型仍旧发⽣，这证明莢膜并⾮转化因 ⼦。接着他们使⽤两种酶（胰蛋⽩酶[trypsin]与胰凝乳蛋⽩酶 [chymotrypsin]）的混 合制剂，这两种酶都会破坏蛋⽩质，结果 S 型菌的蛋⽩质⼏乎全遭破坏。出乎他们意 料，转化仍然继续发⽣。他们⼜尝试⼀种会分解核糖核酸（ribonucleic acid.RNA）的 核糖核酸酶（ribonuclease.RNase），但是转化再次发⽣。RNA 也是⼀种核酸，与 DNA 类似，⽽且可能与蛋⽩质的合成有关。最后他们把⽬标锁定 DNA，让从 S 型取出 的萃取物接触会破坏 DNA 的脱氧核糖核酸酶（deoxyribonuclease.DNase）。这次他 们总算命中⽬标，R 型菌不再转型为 S 型菌，转型因⼦就是 DNA。
艾弗⾥、⻨克劳德与⻨卡提在 1944 年 2 ⽉提交研究报告后，科学界反应不⼀，部分原 因在于这项发现太过惊⼈。有许多遗传学家接受他们的结论， 毕竟 DNA 在每个染⾊体 上都找得到，它为什么不能是遗传物质？但是，也有许多⽣化学家对 DNA 分⼦是否复 杂到能储存庞⼤的⽣物信息，表⽰存疑。他们仍旧认为，最终会证实同为染⾊体构成要 素的蛋⽩质才是遗传物质。其实也难怪⽣化学家会这么想，因为基本上蛋⽩质有 20 个 氨基酸字⺟可以编码庞⼤的信息，这要⽐只有 4 个核酸字⺟的 DNA 容易得多。跟艾弗 ⾥同在洛克菲勒研究所任职的蛋⽩质化学家墨斯基（Alfred Mirsky）更是激烈反 DNA 是遗传物质的说法，不过那时艾弗⾥已不再活跃于科学界，洛克菲勒研究所强制他在 岁时退休。 艾弗⾥错失的，不仅是反击同事、为⾃⼰的研究成果辩护的机会，他也错失了获得诺⻉ 尔奖的机会，⾝为 DNA 是转化因⼦的发现者，他其实很有获奖资格。由于诺⻉尔奖委 员会在各个奖项颁发 50 年后会公布记录，现在我们已经知道当时阻挡艾弗⾥获得候选 资格的⼈，是瑞典籍的物理化学家哈⻢斯滕（Einar Hammarsten）。虽然哈⻢斯滕的 声望主要奠基于他能萃取出质量绝佳的 DNA 样本，但他仍然相信基因是某类尚未辨识 出来的蛋⽩质。事实上， 即使在发现双螺旋后，⼀直到 DNA 转型的机制完全公布前， 哈⻢斯滕仍坚持艾弗⾥不应获得诺⻉尔奖。艾弗⾥于 1955 年过世，若是他再多活⼏ 年，肯定可以拿到诺⻉尔奖。 1947 年秋，我到印第安纳⼤学，计划以研究基因作为博⼠论⽂的题⽬， 那时我们经常 讨论艾弗⾥的论⽂。当时已没有⼈怀疑他实验结果的正确性， ⽽洛克菲勒研究所也有更 多的研究结果出炉，显⽰蛋⽩质不太可能是细菌转型过程中的遗传因⼦。⾄此，化学家 终于把下⼀次重⼤突破的⽬标放在 DNA 上。英国剑桥精明⼲练的化学家托德 （Alexander Todd）迎接挑战，开始鉴定连结 DNA 核苷酸的化学键。到了 1951 年 初，他的实验室证实这些连结总是相同的，亦即 DNA 分⼦的⻣⼲⾮常规则。同⼀时 期，在奥地利出⽣，后来逃到美国，任职于哥伦⽐亚⼤学的内外科学院的查加夫 （Erwin Chargaff）使⽤滤纸层析法（paper chromatography）这种新技术，萃取 出多种脊椎动物与细菌的 DNA 样本，测量 DNA 内四种碱基的相对含量。他发现，有些 物种的 DNA 以腺嘌呤与胸腺嘧啶居多，有些物种则是⻦嘌呤与胞嘧啶较多。因此， 有 可能任何两个 DNA 分⼦的组成都不同。 在印第安纳⼤学，我加⼊⼀⼩群以物理学家和化学家为主、具有远⻅的科学家之中，共 同研究感染细菌的病毒“噬菌体”（bacteriophage。 简称 phage） 的繁殖过程。后来 我的博⼠论⽂指导⽼师，也就是在意⼤利受训的医师卢⾥亚（Salvador Luria），以及 他在德国出⽣的理论物理学家好友德尔布吕克（Max Delbruck），和美国理化学家赫尔 希（Alfred Hershey）携⼿合作，成⽴了噬菌体研究⼩组（the Phage Group）。在第 ⼆次世界⼤战期间，尽管犹太裔的卢⾥亚是被迫离开法国投奔纽约，德尔布吕克因为反 对纳粹主义⽽逃离德国， 但他们仍被视为敌侨，没有资格和美国科学界共同为战争效 ⼒。虽然遭到排挤，但他们还是在各⾃的⼤学实验室⾥努⼒⼯作（卢⾥亚在印第安纳⼤ 学， 德尔布吕克则在范德⽐尔特⼤学），并且接连⼏年夏季都到冷泉港实验室合作进⾏ 噬菌体实验。1943 年，他们与才华洋溢但沉默寡⾔的赫尔希合作，当时赫尔希正在圣路 易的华盛顿⼤学研究噬菌体。 噬菌体⼩组认为，如同所有的病毒，噬菌体其实就是⾚裸裸的基因（病毒就只是⼀个蛋 ⽩质外鞘包着核酸），并依据这个想法来规划研究计划。这个概念是想像⼒丰富的美国遗 传学家穆勒（Herman J. Muller）于 1922 年⾸先提出的，三年后，他证实 X 光会引起 突变。但是直到 1946 年，穆勒来印第安纳⼤学任教不久之后，才获得了迟来的诺⻉尔 奖。事实上，正是因为他在印⼤，我才会到这⾥就读。穆勒是在摩根的⼿下展开他的职 业⽣涯的，遗传学在 20 世纪前半叶的发展过程，没⼈⽐他更清楚，我在第⼀个学期时 就对他的讲学⾮常着迷。然⽽，他在果蝇⽅⾯的研究，对我⽽⾔似乎属于过去，⽽⾮未 来，因此我只短暂考虑过请他指导我的论⽂。后来我选择卢⾥亚的噬菌体实验，这个实 验做起来⽐果蝇快得多：噬菌体的遗传杂交 （genetic cross） ⼦代在隔天就可以进⾏ 分析。 为了完成博⼠论⽂研究，我在卢⾥亚的要求下跟随他的步履，研究 X 光如何杀死噬菌体 粒⼦。刚开始时，我希望能证明病毒死亡是因为噬菌体的 DNA 遭到破坏。但最后我不 得不承认，我的实验⽅法在化学上永远⽆法获得确切的答案，只能得到⽣物学上的结 论。虽然噬菌体的确是裸露的基因，但我知道噬菌体研究⼩组所要的深奥答案，惟有通 过⾼深的化学才找得到。DNA 不再只是⼀个笼统的缩写名词，我们必须彻底解开它的分 ⼦结构和所有的化学细节才⾏。 完成论⽂后，我发现⾃⼰别⽆选择，只能到可以让我研究 DNA 化学组成的实验室。然 ⽽，不幸的是，由于我⼏乎毫⽆理论化学的基础，实在不够格转战任何以有机化学或物 理化学来进⾏艰难实验的实验室。后来在 1950 年秋，我拿到博⼠后研究奖学⾦，到⽣ 化学家开尔卡（Herman Kalckar）在哥本哈根的实验室作研究。当时他正在研究构成 DNA 的⼩分⼦的合成作⽤，但我很快就发现，他的⽣化⽅法永远⽆法解开基因的本质。 在他的实验室多待⼀天，就会晚⼀天了解 DNA 如何携带遗传信息。 不过，我在哥本哈根的那⼀年仍然获益良多。为了避开丹⻨寒冷的春天， 我在四五⽉间 前往意⼤利那不勒斯动物研究所。在那⾥的最后⼀周，我参加了⼀场⼩型研讨会，主题 是以 X 光衍射法（X-ray diffraction）决定分⼦的三维结构。X 光衍射法可以研究任何 能够形成晶体的分⼦的原⼦结构。X 光在轰击晶体后，会在撞到原⼦时弹开⽽散射。从 X 光的散射图形可以获得有关分⼦结构的信息。但是只靠 X 光，尚不⾜以解决结构的问 题，还需要所谓“相分配”（phase assignment）的额外信息，来处理分⼦的波性质 （wave properties）。要解决“相”的问题并不容易，当时只有胆量最⼤的科学家愿意 ⾯对这种挑战。以衍射法成功研究的对象，⼤多是⽐较简单的分⼦。
原本我对这场研讨会的期望不⾼，因为我认为要解开蛋⽩质或 DNA 的三维结构，起码 还要 10 年光景。从早期令⼈失望的 X 光照⽚看来，要通过 X 光来解开 DNA 的秘密， 尤其不可能。会有这种结果也是很⾃然的，因为当时⼤家都预期，每个分⼦的 DNA 序 列应该不尽相同。在表⾯构造不规则的情况下，DNA 细⻓的分⼦链势必不可能按照规律 重复的模式整⻬地排列，X 光分析⾃然也⽆法成功。 因此，当我听到来⾃伦敦国王学院（King‘s Collcge）⽣物物理实验室的英国⼈威尔 ⾦斯（Maurice Wilkins）在最后发表有关 DNA 的演讲时，不禁惊喜交加。34 岁的威 尔⾦斯是物理学家，战时曾参与制造原⼦弹的曼哈顿计划 （Manhattan Project）。对 他和许多参与这个计划的科学家⽽⾔，原⼦弹投到⼴岛和⻓崎，应该是他们研究⼯作的 最⾼成就，结果这却造成他们的理想破灭。威尔⾦斯曾考虑完全放弃科学，到巴黎去当 画家，但⽣物学引起了他的兴趣他也读过薛定谔的书。当时他正设法⽤ X 光衍射法 解开 DNA 的秘密。
威尔⾦斯在演讲中展⽰⼀张最近拍到的 X 光衍射图，上⾯有许多明确的反射影像，显⽰ 它是⾼度规则的结晶体。由此可以推论出，DNA 必定具有规则的结构，只要能解开此结 构，就可以揭露基因的本质。我⽴即开始幻想⾃已搬到伦敦去，协助威尔⾦斯找出这个 结构。演讲过后，我去找他谈话，但却⼀⽆所获。他只对我表⽰，未来还有更多艰⾟的 ⼯作要做。 就在我连续碰壁时，加州理⼯学院享誉国际的化学家泡令（Linus Pauling） 宣布获得 了重⼤的成就：他发现蛋⽩质⾥氨基酸链（称为多肽 [polypeptide]） 的排列结构，并 且将这个结构取名为 a 螺旋（alpha helix）。这个突破会由泡令获得其实并不意外，他 是科学界的超级巨星。他所著的《化学键的本质》奠⽴了现代化学的基础，被当时的化 学家奉为圣经。泡令⾮常早熟，他在俄勒冈州⻓⼤，⽗亲是位药剂师。他 9 岁时，⽗亲 曾写信给《俄勒冈⼈》报，希望对⽅能提供他那好学不倦的孩⼦可以阅读的书籍，还说 他⼉⼦已经读完圣经和达尔⽂的《物种起源》。泡令的⽗亲不幸早逝，家中经济陷⼊困 境，但这位前途⽆量的年轻⼈仍然完成了学业，相当难能可贵。 我⼀回到哥本哈根，⽴即拜读了泡令有关 a 螺旋的研究。令⼈惊讶的是， 他并⾮根据 X 光衍射的实验数据推论出模型，⽽是根据⾝为结构化学家的丰富经验，⼤胆推论哪种类 型的螺旋结构最符合多肽链的化学特性。泡令制作蛋⽩质分⼦不同部分的⽐例模型，找 出可能的三维结构。他将问题简化成⼀种三维拼图游戏，既简单⼜聪明。 a 螺旋相当美丽，但现在的问题在于它是否正确。短短⼀星期后，我得到了答案。发明 X 光晶体学（X-ray chrystailography）的 1915 年诺⻉尔物理学奖得主布喇格爵⼠ （Sir Lawrence Bragg）来到哥本哈根，兴奋地宣布， ⽐他资浅的同事、奥地利籍化 学家佩鲁茨（Max Perutz）巧妙地⽤合成多肽证实了泡令的 a 螺旋是正确的。对布拉格 的卡⽂迪什实验室⽽⾔，这是个苦乐参半的胜利，因为前⼀年他们在论⽂中列举多肽链 可能具有的螺旋形态时， 完全不得要领。
那时，卢⾥亚尝试替我安排卡⽂迪什实验室的研究职位。卡⽂迪什位于剑桥⼤学，是科 学界最著名的实验室，卢瑟福（Emest Rutherford）就是在这⾥⾸先描述出原⼦的结 构。当时那是布喇格的研究领域，⽽我则被安排跟英国化学家肯德鲁（John Kendrew）实习，他的兴趣是找出肌红素（myoglobin） 这种蛋⽩质的三维结构。卢 ⾥亚建议我尽快前往卡⽂迪什实验室，因为肯德鲁那时在美国，佩鲁茨会审核我的资 格。肯德鲁与佩鲁茨早先曾⼀起建⽴医学研究委员会（Medical Research Council.MRC）作为⽣物系统结构研究的单位。 ⼀个⽉后在剑桥，佩鲁茨向我保证，我很快就能精通必要的 X 光衍射理论，应该也很快 就能融⼊他们⼈数不多的研究单位。我松了⼀⼝⽓，因为他并没有因为我的⽣物学背景 ⽽拒绝我。布喇格也没有，他还从办公室下来看了我⼀下。 我在 10 ⽉初抵达剑桥医学研究委员会的研究单位，那年我 23 岁。我和 岁的前物理 学家克⾥克共⽤⽣化研究室，他在战时曾替英国海军研究磁性⽔雷。战争结束后，克⾥ 克原本计划留在军⽅的研究机构，但在拜读了薛定谔的《⽣命是什么？》后，决定朝⽣ 物学发展。当时他在卡⽂迪什实验室以研究蛋⽩质的三维结构为博⼠论⽂。 克⾥克对重要问題的错综复杂总是⾮常着迷。⼩时候，他⽼爱问问题，被问腻的双亲只 好买⼀套⼉童百科全书给他，希望能满⾜他的好奇⼼。结果这反⽽让他没有安全感，他 告诉⺟亲，他怕⻓⼤时，所有的事物都已被⼈发现，⽽他将⽆事可做。⺟亲向他保证， ⽇后⼀定还会有⼀两件事等着他发现，事后证明她说的很准。
克⾥克很擅⻓说话，⽆论是哪种聚会，他总是众⼈注意的焦点。在卡⽂迪什实验室的⾛ 廊上，总是可以听到他爽朗的笑声。他是医学研究委员会研究单位的专任理论家，每个 ⽉⾄少会提出⼀个新构想，⽽且只要有⼈愿意听，他总是很乐意花许多时间仔细解释。 我和克⾥克相遇的那个早晨，他听说我来剑桥是为了⼤量学习有关晶体学的知识以便破 解 DNA 的结构，⼤为⾼兴。不久之后，我就请克⾥克谈谈他对使⽤泡令的模型建构法 来破解 DNA 结构的看法。我们是不是还得做许多年的衍射实验，才能实际下⼿去建构 模型？为了加快我们研究 DNA 结构的速度，克⾥克邀请⾃战后就认识的朋友威尔⾦ 斯，在星期天从伦敦过来共进午餐，这样我们就能得知⾃从那不勒斯的演讲后，威尔⾦ 斯还有哪些进展。 威尔⾦斯表⽰，他认为 DNA 的结构是螺旋状，由数条链接的核苷酸互相缠绕⽽成，⽽ 惟⼀尚待解决的问题在于链的数⽬。当时威尔⾦斯根据他测量的 DNA 纤维密度，认为 应该有三条核苷酸链。他迫切地想着⼿建造模型， 却碰上了⼀个障碍：刚加⼊国王学院 ⽣物物理学研究单位的富兰克林 (Rosalind Franklin)。 31 岁的富兰克林是出⾝剑桥的物理化学家，她是个对⾃⼰的专业执着得不得了的科学 家。在 29 岁⽣⽇时， 她只要求订阅⾃⼰所属领域的技术期刊《晶体学报》作为⽣⽇礼 物。她讲求逻辑和精确，对于⽋缺这些特质的⼈没有什么耐性。她不习惯快速发表措辞 强烈的看法，⼀度将她的博⼠论⽂指导教授，未来的诺⻉尔奖得主诺⾥什（Ronald Norrish）描述为“愚蠢、固执、奸诈、态度恶劣、专制”。在实验室外，她是果决勇敢 的登⼭者，来⾃伦敦的上流社会，相较于⼤多数的科学案，她属于⾼尚的社交界。在⼯ 作台⾟苦⼀整天后，她偶尔会脱下实验室的外套，换上优雅的晚礼服，消失在夜⾊中。
富兰克林才从法国回来，她在巴黎⽤ X 光晶体学的技术研究了 4 年的⽯墨。她接受聘 任，加⼊国王学院的 DNA 计划时，威尔⾦斯刚好不在。不幸的是，后来证明这两⼈根 本合不来。富兰克林的个性率直，重视数据，威尔⾦斯则拘谨⽽勇于猜想，他们注定⽆ 法合作。在威尔⾦斯接受我们的午餐邀约前不久，他们两⼈才⼤吵⼀次，富兰克林坚持 在她搜集更多衍射数据前，不能着⼿建⽴模型。他们俩显然⽆法沟通，⽽在富兰克林于 11 ⽉初举办实验室研讨会之前，威尔⾦斯⽆从得知她的进展。不过若我们想参加这次研 讨会， 威尔⾦斯很乐意邀我和克⾥克前往。 后来克⾥克因故未能参加研讨会，由我独⾃前往，稍后再把我认为与 DNA 晶体有关的 重要讯息告诉他。我特别根据记忆，描述了富兰克林关于晶体重复与含⽔量的测量值。 克⾥克听了之后， 开始在纸上绘制螺旋⽹格，并说就连我这种先前以赏⻦为业的⼈也可 以应⽤他和科克兰（Bill Cochran）及凡德（Vladimir Vand）提出的新螺旋 X 光理 论， 准确预测我们即将建造的分⼦模型有哪些衍射图。 我们⼀回到剑桥，我就安排卡⽂迪什的机械部⻔建造磷的原⼦模型，以便⽤于建造 DNA ⾥磷酸糖⻣⼲的⽚段。等这些模型做好后，我们开始测试⻣⼲在 DNA 分⼦中央彼此缠 绕的不同⽅法。它们规则重复的原⼦结构，应该会让原⼦形成⼀致且重复的构造。我们 听从威尔⾦斯的直觉，把重点放在三链模型上。当其中⼀个模型看似很有可能是答案 时，克⾥克打电话给威尔⾦斯，宣称我们可能找到了 DNA 的模型。
第⼆天，威尔⾦斯与富兰克林⼀起来访，查看我们的成果。在这意外出现的竞争威胁 下，他们俩为了共同⽬标⽽难得地暂时合作。富兰克林⽴即挑出我们在基本概念上的错 误。我记得她在报告时指出：DNA 晶体⼏乎不含⽔。其实是我⾃⼰弄错了。由于才刚开 始学晶体学，我把晶胞（unitcell）与不对称单位（asymmetric unit）这两个术语摘 混了。其实，DNA 晶体富含⽔分。因此，富兰克林指出，光是要容纳她在晶体内观察到 的⽔分⼦，⻣⼲就得在分⼦外⾯，⽽不是像我们所做的在分⼦中央。 11 ⽉的那⼀天实在不幸，让未来蒙上浓浓阴影。富兰克林更加坚定地反对建造模型，她 打算继续做实验，不玩看似⼩孩玩具的原⼦模型。更慘的是， 布拉格也说话了，叫我和 克⾥克不要再尝试建造 DNA 模型，后来还进⼀步决定，DNA 研究应交由国王学院实验 室来做，剑桥只需继续研究蛋⽩质即可。两家同样由医学研究委员会赞助的实验室居然 彼此竞争，实在没有道理。 在⽆计可施下，我和克⾥克不情愿地暂时罢⼿。 在此时退出 DNA 研究，实在不是时候。泡令已写信给威尔⾦斯，请他提供⼀份 DNA 晶 体的衍射图。虽然威尔⾦斯拒绝，表⽰⾃⼰需要更多的时间来解读，但泡令其实也不⻅ 得要依赖国王学院的资料。如果他愿意的话， ⼤可在加州理⼯学院⾃⾏研究 X 光衍射。 来年春天，我不再研究 DNA，反⽽继续作那些战前的研究，⽤卡⽂迪什实验室强⼤的新 X 光束，研究铅笔状的烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus）。 这个实验的⼯作量很 少，我有许多时间游⾛剑桥众多的图书馆。我在动物学系看到查加夫的论⽂，他发现在 DNA 中，腺嘌呤和胸腺嘧啶的数量⼤致相同，⽽⻦嘌呤则与胞嘧啶的数量差不多。在听 到这⼀⽐⼀的⽐例后，克⾥克想到，在 DNA 复制时，腺嘌呤和胸腺嘧啶是否互相吸 引，⽽胞嘧啶与⻦嘌呤之间是否也存有类似的吸引⼒。若是如此，DNA “亲代”链上的 碱基序列 （例如 ATGC）应该会与“⼦代”链上的互补（亦即 TACG）。
这些原本都只是空想，直到 1952 年夏天，查加夫在前往巴黎参加国际⽣化会议时途经 剑桥为⽌。我和克⾥克认为不需要了解 4 种碱基的化学结构，但查加夫对这看法颇不赞 同。⼜听到我们说，如有必要的话，可以到教科书⾥查它们的结构时，他更是不悦。我 只希望能证实查加夫的数据与 DNA 结构并不相关。不过克⾥克却兴致勃勃地要做⼀些 实验，寻找腺嘌呤与胸腺嘧啶（或乌嘌呤与胞嘧啶）在溶液中混合时，可能会形成的分 ⼦“三明治” ”。但是，他的实验没获得任何结果。 泡令跟查加夫⼀样，也参加了国际⽣化会议，那时的⼤新闻是噬菌体研究⼩组的最新结 果。冷泉港的赫尔希与蔡斯（MarthaChase）才刚证实了艾弗⾥的转化因⼦：DNA 就 是遗传物质！赫尔希和蔡斯证明，进⼊细菌细胞的只有噬菌体病毒的 DNA，它的蛋⽩质 鞘（protein coat）留在外⾯。看来如果我们想揭开基因的本质，势必得了解 DNA 的 分⼦。在赫尔希与蔡斯成为⼤家的话题之后，我确定泡令也会将他的才华与化学知识， 全⼒投注在解决 DNA 的问题上。 早在 1953 年，泡令就发表过描述 DNA 结构的论⽂。我急切地拜读了⼤作，发现他提出 的是三链模型，以磷酸糖的⻣⼲形成稠密的中央核⼼。乍看之下，它跟我们在 15 个⽉前 所做的拙劣模型类似。但是，泡令没有采⽤带正电的原⼦（例如 Mg+）来稳定带负电 的⻣⼲，⽽是采取⾮正统的做法，以氢链来连接磷酸盐。不过，看在⾝为⽣物学家的我 眼中，这种氢键所需的极酸状态从不曾⻅于细胞内。我发疯似的冲到托德在附近的有机 化学实验室，⽴刻就证实了我的看法：不可能的事居然发⽣了！全世界最优秀或⾄少最 著名的化学家竟然弄错了化学基本原理。实际上，泡令等于把 DNA ⾥代表酸的缩写 A 除掉了。我们研究的对象是脱氧核糖核酸，但是他所提出的结构甚⾄不属于酸类。
我⽴刻把论⽂带到伦敦，告诉威尔⾦斯与富兰克林，他们仍有成功机会。 但深信 DNA 并⾮螺旋的富兰克林甚⾄不想看这篇⽂章，以免受到泡令的螺旋观念影响，连在我提出 克⾥克的螺旋论点后也没改变想法。倒是威尔⾦斯对我带来的消息很感兴趣；他现在更 确定 DNA 是螺旋。为了证明这⼀点，他拿出⼀张 6 个⽉前，由富兰克林的研究⽣葛斯 林（Raymond Gosling）⽤ X 光拍下的照⽚，即所谓的 B 型 DNA。在那之前，我甚⾄ 不知道有 B 型的存在。 富兰克林不理会这张照⽚，把注意⼒集中在 A 型 DNA 上，因为 她认为研究 A 型⽐较可能获得有⽤的资料。B 型 DNA 的 X 光图是⼀个清晰的⼗字。既 然克⾥克和其他⼈早已推论出，这类的反射图案是由螺旋所造成，这项证据清楚说明 DNA 必定是螺旋状！事实上，尽管富兰克林持保留态度，但这个发现并不出⼈意表。⼏ 何学本⾝就显⽰，螺旋结构是⼀⻓串重复的单元（例如 DNA 的核苷酸）最合理的排列 ⽅式。不过我们仍不知道这个螺旋的外观，也不知道它含有多少链。 现在终于到了我们继续建构 DNA 螺旋模型的时候。泡令肯定不久就会发现，他的精⼼ 杰作出现了谬误。我敦促威尔⾦斯不要再浪费时间，但是他想等到富兰克林在该年春天 稍后到另⼀家实验室⼯作后才开始。她选择离去， 避开在国王学院的不愉快。在离开 前，她奉命停⽌对 DNA 作更进⼀步的研究，并将许多衍射照⽚交给威尔⾦斯。
当我回到剑桥，向布拉格报告 B 型 DNA 的消息之后，他认为不应再禁⽌我和克⾥克研 究 DNA，⽽且很希望 DNA 的结构能由⼤西洋这⼀岸破解。于是我们再度着⼿建构模 型，设法把已知的 DNA 基本成分凑成螺旋结构。这些基本成分就是分⼦⻣⼲以及 4 个 不同的碱基（腺嘌呤、胸腺嘧啶、⻦嘌呤与胞嘧啶）。我委托卡⽂迪什的⼯⼚替我们做⼀ 套锡制的碱基模型，但是他们的制造速度对我来说不够快，最后我只得拿硬纸板来剪出 粗略的模型。 此时我已经发现，DNA 的密度测量证据⽐较倾向于双链，⽽⾮三链的模型结构。因此， 我决定寻找可能的双螺旋体。⾝为⽣物学家，我偏好遗传分⼦是由两个，⽽⾮三个成分 组成的概念。毕竞，染⾊体就像细胞⼀样，数量是以复制成两倍⽽⾮三倍的⽅式增加。 我知道先前将⻣⼲置于⾥⾯，⽽碱基悬挂在外的模型是错误的。诺丁汉⼤学提出的化学 证据显⽰，碱基必须由氢键彼此连结，但这项证据⼀直被我忽略。如果碱基位于分⼦中 央的话，就只能按照 X 光衍射数据所显⽰的规律⽅式形成这种键。但是它们怎么会成双 作对呢？在错误的核酸化学教科书误导下，我连续两个星期毫⽆进展。幸好 2 ⽉ 27 ⽇ 加州理⼯学院的理论化学家多纳休（Jerry Donahue）到卡⽂迪什访问，他指出教科书 的错误。于是我改变了氢原⼦在硬纸板分⼦模型上的位置。 28 ⽇，DNA 模型的重要特征全都各就各位。它的两条链由腺嘌 呤-胸腺嘧啶，以及⻦嘌呤-胞嘧啶这两对碱基对之间的强氢键连在⼀起。克⾥克⼀年前 根据查加夫的研究所得到的推论，真的是正确的。腺嘌呤的确与胸腺嘧啶连结，⽽⻦嘌 呤也与胞嘧啶连结，但是它们并⾮通过平坦的表⾯形成分⼦三明治。当克⾥克抵达时， 他很快就了解了状况，并且认同我的碱基配对（base-pairing）⽅式。⽽且他当下就发 现，这会造成双螺旋的双股以相反⽅向连接。 这真是令⼈难忘的时刻，我们觉得这次肯定对了。这么简单美丽的构造， 绝对错不了。 最令我们兴奋的是碱基序列沿着双链排列的互补特性，只要知道⼀条链上的序列（碱基 的顺序），⾃然就能推知另⼀条链上的序列。这显然是细胞分裂前染⾊体在进⾏复制时， 基因的遗传讯息能精准重现的原因。 DNA 分⼦会像拉链⼀样“拉开”，形成独⽴的两 股。每⼀股都可以作为新股合成时的模板，于是⼀条双螺旋就变成了两条。 在《⽣命是什么？》中，薛定谔提议，⽣命的语⾔也许就像摩斯密码， 是⼀系列的点与 线。这个讲法倒是蛮接近事实的。DNA 的语⾔是由 A，T， G 与 C 构成的线性序列。就 像我们在誊写书籍时，偶尔也会打错字⼀样，所有的 A，T，G，C 在沿染⾊体复制时， 也会出现极少量的错误。这些错误就是遗传学家近 50 年来所⼀直探讨的突变。在英⽂ 中，将 i 变成 a，Jim 就会变成 Jam；⽽在 DNA 中，将 T 变为 C，ATG 就变成了 ACG。 ⽆论从化学或⽣物学的观点来看，双螺旋都很合理。我们现在⽆须担忧薛定谔所说，要 了解遗传密码如何复制有可能需要新的物理定律，事实上， 基因的组成与其他的化学作 ⽤并没有两样。那天稍后，在紧邻卡⽂迪什实验室的鹰吧吃午餐时，向来爱说话的克⾥ 克忍不住告诉⼤家我们刚发现了“⽣命的奥秘”。我虽同样激动，但宁可等到做出漂亮的 三维模型时才炫耀。 化学家托德是最早看到我们这个模型的⼈之⼀。基因的本质如此简单，让他⾮常惊喜。 然⽽，稍后他必然曾扪⼼⾃问，为什么⾃⼰的实验室在建⽴ DNA 链的⼀般化学结构 后，未能进⼀步研究这些链在三维空间的组成⽅式，反⽽让由⽣物学家和物理学家组成 的双⼈组找出这种分⼦的本质，这两⼈对⼤学程度的化学甚⾄都不是那么了解。然⽽话 说回来，这正是我们成功的关键，⾄少是部分关键：我和克⾥克之所以能率先获得双螺 旋的结论，正是因为当时⼤多数的化学家认为，DNA 的分⼦太⼤，⽆法⽤化学分析来了 解。 同时，惟⼀两位具有远⻅、知道要寻找 DNA 三维结构的化学家，⼜犯了策略上的错 误：富兰克林不愿建构模型，泡令则忽略了有关 DNA 的现有⽂献，特别是查加夫所发 表的 DNA 碱基组成数据。1952 年巴黎的⽣化会议后，泡令和查加夫还曾同船越过⼤西 洋，两⼈却不投缘。泡令习惯于⾃⼰总是对的，⽽且相信⾃⼰可以⽤基本原理来解开任 何化学问题。他的⾃信通常很有道理。冷战期间，他是批评美国核武器发展计划的主要 ⼈⼠， 有⼀次在发表演说后，FBI 警员质问他怎么知道原⼦弹含有多少钸？泡令傲然答 道：“没⼈告诉我，我⾃⼰想出来的。” 在其后的⼏个⽉，克⾥克和我（虽然我没那么热衷）乐得把我们的模型拿给川流不息、 充满好奇的科学家们看。然⽽，剑桥的⽣化学家并未邀请我们到⽣化⼤楼发表正式演 说。他们戏称这是 WC，拿我们的名字缩写开双关语的玩笑。我们没做实验就找到双螺 旋，令他们恼怒。
我们在 4 ⽉初将发现双螺旋的报告交给《⾃然》（Nature）杂志，并于 个星期后，也 就是 1953 年 4 ⽉ 25 ⽇刊出。同期还有两篇由富兰克林与威尔⾦斯执笔、篇幅较⻓的论 ⽂，两篇⽂章都认为我们的模型⼤致正确。 ⽉，我在冷泉港实验室的病毒研讨会上， ⾸次就我们的模型提出报告。德尔布吕克亲⾃出⻢确保了我在最后⼀刻受邀发表演说。 我带了在卡⽂迪什制造的三维模型，参加这场精英荟萃的会议，我使⽤的腺嘌呤-胸腺嘧 啶碱基对模型是红⾊，⽽⻦嘌呤-胞嘧啶碱基对则是绿⾊。 同样受到薛定谔那本著作感召的前物理学家本泽（Seymour Benzer）也出席了这场盛 会。他⽴刻了解到我们的突破性发现，对于他的病毒突变研究具有重要意义。他发现现 在他能够以“摩根的孩⼦们”在 40 年前研究果蝇染⾊体的⽅式，来研究⼀⼩段的噬菌 体 DNA：他可以在基因图上标出突变位置，就好像当年研究果蝇的先驱们在染⾊体上标 出基因的位置。本泽跟摩根⼀样，也得靠重组作⽤来产⽣新的遗传组合。不过摩根可以 利⽤现成的重组机制，即果蝇性细胞的产物。本泽则得⽤两种不同的噬菌体同时感染⼀ 个的细菌宿主细胞，借此引发重组机制。这两种不同的噬菌体在重要区段有⼀个或多个
突变的差异。在细菌细胞⾥，重组作⽤（分⼦⽚段的交换）有时会发⽣在不同的病毒 DNA 分⼦之间，产⽣新的突变置换，即所谓的重组体（recombinant）。在普渡⼤学 （Purdue University）的实验室⾥，本泽短短⼀年内就有惊⼈的丰富成果，他制作了 噬菌体 rII 基因的图谱，显⽰出⼀连串的突变（遗传脚本上的所有错误）在病毒 DNA 上 的线状排列⽅式。这种“⽣命语⾔”既简单⼜呈直线形状，就像书⻚上的⼀⾏⽂字。 对于我在冷泉港所发表有关双螺旋的演讲，匈⽛利物理学家⻬拉特（Leo Szilard）的反 应跟学术⽐较⽆关。他问我：“你能申请专利吗？”有⼀阵⼦，⻬拉特的主要收⼊来源是 他和爱因斯坦共享的⼀项专利，后来他还试图和费⽶（Enrico Fermi）⼀起申请 1942 年他们在芝加哥⼤学所建造的核⼦反应炉专利，但并未成功。不过当时和现在⼀样，专 利只授予有⽤的发明，当时没有⼈想到 DNA 有什么实际⽤途。于是，⻬拉特建议，我 们应该申请版权。
然⽽，在双螺旋的拼图中，还是少了⼀块：对于 DNA “像拉链⼀样拉开”的复制⽅ 式，我们还需要以实验来证实。德尔布吕克就不相信我们的概念，他喜欢双螺旋的模 型，但是担⼼把双螺旋拉开，会产⽣可怕的打结情况。5 年后，泡令以前的学⽣梅索森 （Matt Meselson）及同样聪明的研究噬菌体的年轻学者史塔尔（Frank Stahl），发表 了⼀个简单明了的实验结果，⼀举扫除了这类疑虑。 1954 年夏天，这两⼈在⻢萨诸塞州伍兹霍尔（Woods Hole）的海洋⽣物实验室结识， 当时我在那⾥讲学。喝了不少⻢丁尼之后， 两⼈决定他们应该搭挡研究科学。他们的合 作结果赢得了“⽣物学上最完美的实验”之称。 他们使⽤离⼼技术，按照重量的些微差异来分离分⼦。在离⼼旋转后，较重的分⼦会⽐ 较轻的分⼦落到更接近试管底部之处。 氮原⼦（N）是 DNA 的成分之⼀，⽽且原本就 有两种不同的形态，⼀种较轻，另⼀种较重，因此梅索森和史塔尔能借由标注 DNA ⽚ 段，追踪 DNA 在细菌⾥的复制过程。起初所有的细菌都在含有重氮的培养基⾥培养， 让重氮进⼊ DNA 的双股上。然后他们从这个培养菌中取出样本，转移⾄仅含轻氮的培
养基， 确保下⼀次 DNA 在复制时，只会⽤到轻氮。 如果 DNA 的复制如同我和克⾥克 的预测，是将双螺旋拉开，然后各复制⼀股，那么实验所制造出的两个“⼦代”DNA 分 ⼦将会是混种，每个分⼦都包括⼀个重氮股（来⾃“亲代”分⼦的模板股），以及⼀个轻 氮股（⽤培养基制造出来的新股）。梅索森与史塔尔的离⼼处理程序完全证实了这种预 测。他们发现离⼼试管分离出三个明显的区段，分别是重⼀重、轻⼀轻，以及介于两者 之间、先重后轻的样本。DNA 的复制⽅式跟我们的模型所预测的完全相符。 ⼤约同⼀时间，酶学专家科恩伯格 （Arthur Komberg）位于圣路易市华盛顿⼤学的实 验室也在分析 DNA 复制过程的⽣化细节。科恩伯格发展出⼀种新的合成 DNA 的⽆细胞 系统，从⽽发现了⼀种称做 DNA 聚合肽（polymerase）的酶，这种酶连接构成 DNA 的不同⼩单元，形成 DNA ⻣⼲的化学链。科恩伯格发现 DNA 酶合成机制，是惊⼈的重 要⼤事，因此在这些实验完成后不到两年，他就于 1959 年获得了诺⻉尔⽣理医学奖的 殊荣。在公布得奖后，科恩伯格拿着我在 1953 年带到冷泉港实验室的双螺旋模型复制 品摄影留念。 直到 年，克⾥克、威尔⾦斯和我才获得诺⻉尔⽣理医学奖。在此 4 年前，富兰克 林已经因卵巢癌⽽不幸早逝，享年 37 岁。那时克⾥克已和她成为亲密的同事与真正的 好友。富兰克林动了两次⼿术，但都未能遏阻癌细胞蔓延， 之后她曾回到剑桥，在克⾥ 克和他太太欧蒂莉（Odile）的照顾下疗养。 诺⻉尔委员会向来不曾将单⼀奖项颁给超过三个⼈，倘若当时富兰克林还在⼈世，他们 势必得⾯对要将这个奖颁给她或威尔⾦斯的问题。瑞典⼈可能会授予他们诺⻉尔化学奖 以解决这个难题。最后，化学奖颁给了佩鲁茨和肯德鲁，他们分别发现了⾎红素与肌红 素的三维结构。 双螺旋的发现敲响了⽣机论的丧钟。认真的科学家，甚⾄有宗教信仰的科学家都已发 现，要对⽣命有完整的了解，不需要寻找新的⾃然定律。⽣命不过就是物理与化学―尽 管是极为精密复杂的物理与化学。接下来的⼯作是要找出，⽣命如何上演出隐藏在 DNA 中的密码脚本。细胞的分⼦机器如何读取 DNA 分⼦携带的讯息？下⼀章将介绍，极度 复杂的读取机制如何引导我们深⼊了解⽣命的形成。