第七十回：破密碼遺傳謎底終揭曉，大溶合科學深處無疆界

——生命科學的發展上回說到摩爾根在他的《基因論》一書的末尾預言了基因是化學實體的假設。但是摩爾根總是念念不忘他的老本行——胚胎發育學，他作此預言之後就離開對細胞遺傳學的研究而重操舊業去了。

這科學的研究總是從現象到本質，從宏觀到微觀，就如那物理從牛頓探討天體執行，直到盧瑟福打碎原子，這生物學自從達爾文創立進化論，孟德爾、摩爾根發現遺傳規律之後，又漸漸追根到細胞內，進而又研究細胞核的結構。就如物理學進入核物理階段一樣，生物學也進到了一個新階段－分子生物學，它要對生物細胞的分子結構進行探索，從而來破基因之謎。

其實在摩爾根之前就有人在作這樣的探索，不過當時未能引起人們的注意。1869年，瑞典人米歇爾發現細胞核主要由含磷物質構成，20年後人們發現這種物質是強酸，便稱為核酸。德國人科賽爾將核酸水解，又發現它含有三種成份：核糖、磷酸和有機鹼。而有機鹼又含有四種成份：胸腺嘧啶(t)、胞嘧啶(c)、腺嘌呤(a)、鳥嘌呤(g)。這名字有點彆扭，我們只要記住那四個字母就行，下面還會有用。這細胞核真像一個竹筍，到此為止已被剝掉好幾層皮了。但是科賽爾的學生美國化學家萊文接過竹筍又剝了一層，他發現核酸裡的糖比普通糖少一個碳原子，就叫它核糖。他又發現有些核糖少一個氧原子，就命為脫氧核糖。這樣，核酸就有了兩種：核糖核酸(rna)和脫氧核糖核酸(dna)。好，現在筍皮已經剝光，下一步且看摩爾根的繼承者怎樣在這個dna上作文章。

科學發展到二十世紀，和十九世紀以前相比，其研究方式已有了明顯的不同。一是，一個課題很難由本學科單獨完成，出現了多學科交叉。比如原子核的裂變便需要許多費米、哈恩一流的物理學家、化學家共同參予才能發現。二是，一個難題由一個科學家單獨解決越來越不可能，需要有龐大的實驗室、研究中心，要有許多科學家的通力協作才能完成。這個dna就在這樣的時刻被託到解剖臺上，而首先舉起解剖刀的卻是幾個物理學家。

三十年代中期，正是玻爾領導的哥本哈根學派在與愛因斯坦大論戰，他們新創立的量子力學正蓬勃向上。這批物理學家不滿足於只用物理現象來解釋自己的理論，探索的觸角又向生物學伸來。

話說1932年夏天，哥本哈根正在召開一個國際光療會議。作為物理學家的玻爾不怕人說班門弄斧，竟到會在各國醫學家、生物學家面前作了一個《光與生命》的演講。他別出機杼，沒有就生物論生物，而是從量子力學出發，大談物理與生物的互補原理，使在場的許多專家聽得茅塞頓開，猶如久坐密室忽然開啟窗戶，吹進一股清新的涼風。單說這時在臺下有一位叫德爾布呂克(1906－1981)的青年。他雖然才26歲，但正是一位原子物理學家。德爾布呂克本是德國人，曾就讀於著名的哥廷根大學，這時正在丹麥玻爾的實驗室裡工作。當時他聽了玻爾的講話，忽然覺得和物理學相比生物學的微觀世界遠遠沒有被人涉足，而物理學的一些研究方法和原理正可以用於這門新學科。生理現象是比物理現象複雜，這原因就是它是生命的體現，而生命之謎正在遺傳，這是一個多麼誘人的題目。於是，德爾布呂克暗下決心，改弦更張，由物理轉入生物學研究。

這次大會不久，歐洲大陸戰雲密佈，科學家們紛紛避難美國。前面我們說到玻爾也去美國參加研究原子彈去了。他的學生德爾布呂克也到了美國，但是他並沒有參加曼哈頓工程，而是一頭扎到摩爾根的研究基地－加利福尼亞理工學院。這時他看到實驗室裡在使用一種“噬菌體”做細菌和病毒研究的材料。這噬菌體是一種病毒，它的結構簡單得出奇。它有一個六角形的頭，頭部中心含有dna，頭部後面拖著一條尾巴，尾巴稍上又有六根尾絲。當噬菌體感染細菌時，先用六根尾絲牢牢地粘附在細菌壁上。這時它的尾部放出一種譗，把細菌的細胞壁溶解開一個洞，然後就可鑽入。噬菌體與其他生物的細胞染色體的基因有一樣的物理、化學屬性，但是它又極簡單，就是一層蛋白質外殼包了一組基因。而且它繁殖得很快，侵入大腸桿菌內後，只要20分鐘就可繁殖數百個後代。德爾布呂克見到這東西心中不覺一喜。選擇最簡單而又典型的物件來研究，不是物理學中常用的方法嗎？要研究自由落體規律，就用一枚石子；要研究原子結構就先從只有一個質子、一個電子的氫原子入手。現在要研究基因，何不就從這個噬菌體身上突破呢？

噬菌體頭部含有dna，其他部分都是蛋白質，現在的問題是要區分它進入大腸桿菌後是靠哪一部分遺傳繁殖的。好個搞原子物理的德爾布呂克，他立即從物理學的武庫裡借來了放射性同位素標記法，和生物學家赫爾希等人設計了一個極妙的試驗。

原來dna中只存在磷，不存在硫，而蛋白質中大多是硫，只有極少的磷。於是他們用放射性磷(p－32)和放射性硫(s－35)來分別給dna和蛋白質作了記號。然後用作了記號的噬菌體去感染大腸桿菌。帶有放射性的噬菌體就像背了一個發報機一樣，人們隨時可以接收到它發回的訊號，掌握其行蹤。果然，這一著很靈。他們發現，當噬菌體侵入細菌內部時是將身體外殼留在細胞壁外，而將dna滲入細胞內，這通過記錄到的p－32和s－35就可以分得一清二楚。確實是只有dna進入大腸桿菌內。但是20分鐘後生成的噬菌體仍和原來一模一樣，這就再清楚不過地證明只有dna才是真正的遺傳物質，執行遺傳任務的並不是蛋白質。德爾布呂克因這項發明而獲得1969年的諾貝爾醫學和生理學獎。他半路出家，善借他山之石，終於有此殊勳，被後人尊稱為“分子生物學之父”。

dna就是遺傳物質，那麼它是一個什麼樣的結構，怎樣實現遺傳呢？這個生物學中的大難題卻又是一個物理學家首先來作答案。讀者還記得，1900年這個年頭髮生了兩件事，一是孟德爾遺傳學說被重新發現，二是普朗克創立能量子概念。想不到40多年後這兩條各不相干的河流卻流到了一起。1944年量子力學家薛定鍔寫了一本研究生物學的書《生命是什麼？》。他指出遺傳物質可能是由基本粒子連線起來的非週期結晶。它就像電報中的電碼，通過“•”和“——”組合成一種口令，這種生命的口令被複制，傳給後代，這就是遺傳。真是無獨有偶，薛定鍔這本書和玻爾的那篇演講同樣出手不凡，很快成為名著廣為流傳。在為這本書所激動的許多讀者中也有一位青年物理學家叫克里克(1916－)，他本畢業於倫敦大學曾專攻物理，但看到薛定鍔的書後就如德爾布呂克一樣決心轉攻生物，便來到劍橋的卡文迪許實驗室。這時克里克又遇到了從美國來的華生(1928－)，他本是學動物的，也是受到薛定鍔那本小冊子的影響來探索遺傳之謎。於是兩人合兵一處開始探求dna的結構。

話說當時一起向dna這個神秘王國進軍的共有三支人馬。

這第一支人馬是倫敦大學的威爾金斯領導的一個小組。他也是用物理辦法，請x射線來幫忙。因為dna是生物高分子，普通光學顯微鏡根本看不到它的分子結構。x射線波長很短，穿過dna分子時，射線打在分子的不同位置，造成在一些方向上加強，在另一些方向上減弱，這叫衍射。分析這種衍射圖樣，就可以確定原子間的距離和排列，這樣就可以弄清它的分子結構。威爾金斯就用這種辦法拍到了一張dna晶體結構的照片，這上面是一片雲狀的圈圈點點，他不敢立即下結論，只猜想dna的結構大概是螺旋形的。

這第二支人馬是美國的結構化學權威波林(1901－)領導的小組。1951年夏天他先用x射線探測蛋白質的結構，順利地得出阿爾法螺旋模型，眼看離探清dna的結構也只有一步之遙了。

這第三支人馬就是半路出家的華生和克里克了。論實驗條件是威爾金斯實驗室最好，論知識底子是波林最雄厚，但是論年齡卻是華生和克里克最年輕，思想也最少保守。

卻說這兩個年輕人日夜苦幹，決心打破這三軍鼎立的局面，首先奪魁。也合該他們得勝，機會終於到來。1951年5月華生在一個科學會議上遇見威爾金斯，威爾金斯身邊正帶著幾張dna的x光衍射照片。華生為喜異常，立即要了一張。威爾金斯倒不保守，同他們誠懇地談了自己的猜想。

再說華生得了這張照片，回到卡文迪許實驗室立即喊克里克快來。兩人伏在案頭好一陣切磋。dna的結構是螺旋形，看來確定無疑了。這時華生拿起一個放大鏡仔細掃檢視面，突然他把目光停在一個十字狀的地方說道：“這地方有個交叉，我看這種螺旋很可能是雙層的，就像一個扶梯，旋轉而上，兩邊各有一個扶手。”

“對，很有道理。根據我們掌握的資料，威爾金斯小組的弗蘭克林也認為它是一種雙鏈同軸排列。現在看來這個問題就只差一層窗戶紙沒有捅破了。到底在這個雙螺旋體裡t、c、a、g這四種物質怎樣組合排列，弄清這個也就弄清了dna的模型。”克里克說著也感到很興奮。