經(jīng)典：20世紀(jì)生命科學(xué)的巨大成就

20世紀(jì)生命科學(xué)的巨大成就20世紀(jì)初生命科學(xué)取得了第一次革命性的進(jìn)展是:120世紀(jì)生命科學(xué)的巨大成就孟德爾遺傳定律的再發(fā)現(xiàn)220世紀(jì)生命科學(xué)的巨大成就摩爾根的基因論320世紀(jì)生命科學(xué)的巨大成就在20世紀(jì)中葉，量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一，波動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人，奧地利物理學(xué)家薛定諤提出了必定存在一種生物大分子晶體，其中包含著數(shù)量巨大的遺傳密碼的排列組合。420世紀(jì)生命科學(xué)的巨大成就20世紀(jì)中生命科學(xué)取得的第二次革命性的進(jìn)展：美國(guó)的生物學(xué)家沃森和英國(guó)的物理學(xué)家克里克建立的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的分子模型。56生物學(xué)家與物理學(xué)家是如何結(jié)合的？這項(xiàng)成果為什么會(huì)產(chǎn)生在一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)室（CavendishLab.)?當(dāng)時(shí)科學(xué)發(fā)展的時(shí)代背景是什么？Watson和Crick對(duì)DNA的激情和狂熱追求，使二人緊密的結(jié)合起來了。2.二人年齡相差8歲，一個(gè)大學(xué)學(xué)的是物理，另一個(gè)學(xué)的是生物，都因?yàn)槭艿綂W地利理論物理學(xué)家E.Schrodinger著《生命是什么？》一書的影響而立志要探索生命的奧秘，并都為此目標(biāo)而幾經(jīng)曲折才先后來到卡文迪什實(shí)驗(yàn)室（英國(guó)的物理實(shí)驗(yàn)室）。

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其中Crick已過而立之年，不惜兩次放棄已經(jīng)到手的工作良機(jī)，在L.Bragg指導(dǎo)下研究蛋白質(zhì)X－射線晶體學(xué)，他覺得這比較接近他的目標(biāo)，就爭(zhēng)取到那里作了博士研究生。

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Watson在大學(xué)期間就喜歡上基因課程，1950年22歲時(shí)獲博士學(xué)位，赴丹麥做博士后。一次偶然的機(jī)會(huì)他去意大利開會(huì)聽了MWilkins關(guān)于DNA的X－射線晶體學(xué)報(bào)告而受到吸引，曾千方百計(jì)想投奔Wilkins均遭冷遇，不得已輾轉(zhuǎn)來到卡文迪什做博士后作蛋白質(zhì)的X－射線晶體研究，期間，目的只是為了有朝一日能將學(xué)到的X－射線衍射技術(shù)去解決自己心儀已久的DNA分子結(jié)構(gòu)的問題。

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1951年9月，二人在卡文迪什實(shí)驗(yàn)室相識(shí)，經(jīng)過交談，Watson對(duì)DNA的癡迷立刻引起Crick的共鳴。彼時(shí)L.Pauling有關(guān)蛋白質(zhì)多肽鏈α－螺旋結(jié)構(gòu)的報(bào)告剛問世不久，他們了解到Pauling成功背后曾使用過分子建模的方法，受此啟發(fā)，二人決心利用他們能從DNA的X－射線衍射圖上計(jì)算和推測(cè)出的有限數(shù)據(jù)，立刻著手構(gòu)建DNA的分子模型。

他們一共建構(gòu)了三個(gè)模型：第一個(gè)模型是三鏈的顯然是錯(cuò)誤的，第二個(gè)模型是雙鏈的，但因堿基配對(duì)和比例不對(duì)也沒有成功。在這期間，他們受到領(lǐng)導(dǎo)的訓(xùn)斥，同事的譏諷，失敗的打擊，但卻沒有氣餒，而是邊干邊學(xué)，不懂就問，不會(huì)就學(xué)，錯(cuò)了就改，重新再來，如此堅(jiān)持不懈，直到實(shí)現(xiàn)他們追求的目標(biāo)。101951年秋，真正有實(shí)力問鼎DNA分子結(jié)構(gòu)者首推倫敦King’s

College的物理學(xué)家M.Wilkins和化學(xué)家R.Franklin。當(dāng)時(shí)最好的DNA

X－射線衍射照片都出自這里。

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Wilkins和Franklin自己為

什么未成為此一結(jié)構(gòu)的最先構(gòu)建者呢？據(jù)說根本的原因在于他們堅(jiān)信利用X－射線衍射技術(shù)才是解決DNA分子結(jié)構(gòu)的正確途徑。他們研究的雖然是生物大分子DNA的結(jié)構(gòu)，卻幾乎未聯(lián)系這一結(jié)構(gòu)的生物學(xué)功能來思考問題。12

另一位對(duì)DNA分子結(jié)構(gòu)有興趣并有實(shí)力的問鼎者為美國(guó)加州理工學(xué)院的著名化學(xué)家LPauling。

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1939年首創(chuàng)化學(xué)鍵理論，奠定其獲得1954年諾貝爾獎(jiǎng)化學(xué)獎(jiǎng)的基礎(chǔ)。成功構(gòu)建了多肽的α－螺旋的分子結(jié)構(gòu)模型，而啟發(fā)了Waston和Crick，必需建立DNA的分子結(jié)構(gòu)模型。 Pauling自己構(gòu)建的DNA分子模型為何失敗了呢？提出的DNA三螺旋分子模型并未經(jīng)過嚴(yán)格檢驗(yàn)，因?yàn)樗麤]有詳盡掌握DNA相關(guān)的最新信息。

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相比之下，Waston和Crick無論在晶體學(xué)或結(jié)構(gòu)化學(xué)方面都是新手，研究DNA分子結(jié)構(gòu)并非他們的任務(wù)，因此一無經(jīng)費(fèi),二無設(shè)備材料，也沒有做過任何實(shí)驗(yàn)來直接獲取有關(guān)數(shù)據(jù)，甚至還未全面掌握探討此問題所需的各方面知識(shí)?？梢哉f他們和前面兩組人并不在同一起跑線上。

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但是，二人自1951年11月初次建模失敗，到1953年4月聯(lián)名發(fā)表“核酸的分子結(jié)構(gòu)”一文，不過短短的16個(gè)月時(shí)間，竟然后來居上，“主要地根據(jù)已發(fā)表的資料和結(jié)構(gòu)化學(xué)原理”建成DNA雙螺旋分子模型，這不能不令世人驚訝，他們成功的奧秘何在呢？

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第一，二人對(duì)DNA的共同興趣，執(zhí)著的追求和信念。第二，二人構(gòu)建DNA分子模型所依據(jù)的主要參數(shù)，如分子直徑、化學(xué)鍵長(zhǎng)與鍵角、以及螺距等等，主要來源于對(duì)Franklin等所拍B型DNA分子X－射線衍射圖的測(cè)量和計(jì)算。17

第三，

二人一開始大膽結(jié)合結(jié)構(gòu)化學(xué)中的建模方法，并找來Pauling所著《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書進(jìn)行學(xué)習(xí)，最后成功解決了DNA雙鏈相互連接的問題。

第四，二人最后確立主導(dǎo)DNA雙鏈彼此連接的A-T與C-G堿基配對(duì)原則得益于他們聯(lián)系DNA自我復(fù)制的獨(dú)立思考及生化學(xué)家E.Chargaff關(guān)于任何DNA分子其4種堿基的克分子數(shù)均尊守A-T和C-G的法則的啟發(fā)。18

縱觀DNA分子雙螺旋模型