寫在DNA雙螺旋結構發現七十周年之際

再過幾天就是DNA雙螺旋模型發現70周年。70年前，1953年2月28日，25歲的美國生物學博士沃森和正在攻讀物理學博士學位的37歲英國學者克里克跨界合作，優勢互補，在倫敦卡文迪許實驗室里用鐵板、鐵棍和鐵絲搭建了一個既像旋梯又像麻花的奇特而美妙的模型，那就是生物遺傳基因脫氧核糖核酸（DNA）分子結構的雙螺旋模型。

20世紀有四大科學模型：宇宙大爆炸模型，全球地質構造板塊模型、物質結構夸克模型、遺傳基因分子結構雙螺旋模型。

20世紀還有三大科學工程，即曼哈頓原子彈工程、阿波羅登月工程，以及從DNA雙螺旋發展起來的“生命登月”工程——人類基因組計劃。前兩者都是美國獨自完成的，后者有了中國科學家的身影。

20世紀是遺傳學發展最迅速、變化最激烈的一個時期。1900年孟德爾揭示的生物遺傳規律被重新發現；2000年人類基因組全序列工作草圖宣告完成、人類第一次擁有了自己的基因圖譜。這一頭一尾兩件大事充分展現了100年來遺傳學的重大發展，而連接首尾的關節點，則是1953年沃森和克里克共同提出的DNA雙螺旋結構模型。

我們今天隆重紀念DNA雙螺旋模型發現70周年，還在于DNA雙螺旋結構的發現是在生物學歷史上唯一可與達爾文進化論相媲美的重大發現，它與自然選擇一起，統一了生物學的大概念，標志著分子遺傳學、分子生物學的誕生。是科學史上一個劃時代的里程碑。

在20世紀上半葉的幾十年里，幾代科學家不懈努力終于將遺傳物質的化學本質確定為DNA。在此基礎上，玻爾、薛定諤等一批物理學家的適時加入，同生物學家強強聯手，將物理學的新觀點、思維方式和研究手段引入遺傳學研究，深深影響著戰后整整一代的青年科學家，包括沃森和克里克。

沃森當時剛剛拿到生物學博士學位，年輕有為，才華橫溢，精力旺盛。他知識淵博，直言不諱。

克里克是一個深受物理學家薛定鍔和化學家鮑林思想影響的物理學家，戰后從物理學轉入生物學研究。他認為，運用物理學和化學的科學概念和精確的術語重新思考生物學的基本問題，是會有成果的。

1951年，23歲的沃森從美國來到英國劍橋大學著名的卡文迪許實驗室做博士后，雖然其真實意圖是要研究DNA分子結構，但掛著的課題項目卻是研究煙草花葉病毒。與他分享同一個辦公室的克里克比他年長12歲，當時正在做博士論文“多肽和蛋白質：X射線研究”。沃森說服他一起研究DNA分子結構，他需要克里克在X射線晶體衍射學方面的知識。兩人從此開始了現代生物學史上最動人心弦的合作。

沃森和克里克確定了一個明確的目標：提出一個結構模型，它既要能解釋X射線衍射分析的圖像，又要能闡明基因自體催化（復制）和異體催化（編碼蛋白質）等生物學性質。

1953年2月，沃森、克里克在分子生物學家威爾金斯的幫助下，看到了化學和X射線晶體學家富蘭克林在1951年11月拍攝的一張十分漂亮的DNA晶體X射線衍射照片，這一下激發了他們的靈感。他們不僅確認了DNA一定是螺旋結構，而且分析得出了螺旋參數。他們采用了富蘭克林和威爾金斯的判斷，并加以補充：磷酸根在螺旋的外側構成兩條多核苷酸鏈的骨架，方向相反；堿基在螺旋內側，兩兩對應。沃森、克里克在他們的辦公室里夜以繼日地搭建著模型。他們所做的顯然不是一般意義上的實驗研究，而是對已有的關于DNA的實驗與觀察資料進行審視與評判，再將它們融會在一起，形成一個有嶄新科學思想的整體。這使人想起一位先哲的話：“見人人之所見，思人人所未思。”

他們測量了兩種堿基對和DNA長鏈上每一種鍵的旋轉角度，并和X射線衍射圖像一一對比，不斷修正。沃森以驚人的記憶力把從威爾金斯和富蘭克林實驗室得到的新的信息全部融入了這個模型，克里克則以他特有的思想和表達能力把一切都記錄下來。

1953年2月28日，世界上第一個DNA雙螺旋結構的分子模型終于誕生了。

這個模型不但外形美，更有內在的科學美。它的科學美體現在兩個方面。第一，堿基配對的專一性保證了復制的高度精確性，只要一條鏈上的堿基序列確定了，其互補鏈上的堿基序列也隨之確定了；第二，就一條鏈而言，模型并不限制堿基排列順序，這保證了DNA可以負載無窮多樣的遺傳信息。這充分體現了基因的兩大屬性：變異的無窮多樣性和復制的高度精確性。

1962年，沃森、克里克因發現DNA分子結構，與改進了X射線衍射技術的威爾金斯一起獲得了諾貝爾醫學或生理學獎。可惜富蘭克林已于1958年去世了，她生前對雙螺弦結構也作出了重要貢獻。

從X射線衍射分析技術看，沃森和克里克是不及威爾金斯和富蘭克林的；就結構化學知識而言，沃森和克里克更不是鮑林的對手。沃森和克里克能夠在這場科學競賽中取勝，靠的是兩人的合作，靠的是知識和能力的互補，靠的是博采眾家之長。

沃森和克里克發現了DNA雙螺旋結構，開啟了分子生物學時代。在以后的幾十年至今，分子遺傳學、分子免疫學、細胞生物學等新學科如雨后春筍般涌現，一個又一個生命的奧秘從分子角度得到了更清晰的闡明，DNA重組技術更是為利用生物工程手段的研究和應用開辟了廣闊的前景。

2006年10月，第一屆國際基因組學大會在我國杭州西子湖畔召開，78歲的沃森到會致辭，他對中國基因組學的發展甚為贊賞。2017年3—4月，89歲的沃森來華訪問了清華大學和北京大學，并在清華作了題為“雙螺旋：科學、文化和人生”的主題演講。在深圳訪問國家基因庫和參加國際精準醫療峰會期間，他度過了自己89周歲的生日，在中國算是九十大壽。今年沃森95歲了，我們祝愿他健康、長壽！

（作者系國家教育咨詢委員會委員，中國科技館研究員、原館長）