030929dna双螺旋结构的发现-周光召-第2节

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决定性的作用。但是另外一方面，它里边的人又没有什么限制，又是非常之独立思考的，而且他的学生之间是有很好的友谊。比如说他一个学生可以发现另外一个学生做得不对，他就可以直截了当跑到那儿去，跟他讲你做的什么什么不对，而且证明他不对，这个在很多其他地方是做不到的，因为这样一做，这个友谊就要破坏了，这是他讲的一段话。第二段话他说，使他觉得相互矛盾的这种性格，是学生和教授之间的这个关系。这毫无疑问，当时这些教授都是非常有名的，但是每个人都是独立思考，他说在这里，教授的理论和实验所遭受学生的批评并不亚于其他的人，就是说学生可以随意地在这个讨论中去评、和教授去争论，我想这个很可能是他们的一个非常重要的风格和传统，也是中国今天最缺乏的，需要怎么样来解决的一个问题。　

　　那么“二战”结束以后，鉴于核科学研究，对国家安全的重要性，当时包括英国在内，就觉得不应该再在卡文迪什一个大学的实验室里边进行，就专门为此成立了一个国家的实验室，是在另外一个地方，那是专门来从事核物理的，所以从事核物理的这些科学家，他们的研究就转移到新的实验室去了，而且钱也就转移过去了，这样卡文迪什实验室就没有经费了，因为它的主要经费来源都转移到别的地方去了，而且主要的一批科学家也转移过去了，所以它不仅是经费短缺，而且原来的研究方向也就丧失了，就是面临一个很大的考验。这个实验室当时的主任叫做布拉格，他当机立断地就把卡文迪什实验室的发展方向，从纯物理研究转到两个方向，一个是用战时他们自己的科学家发展出来的雷达探测技术，用这个来发展射电天文，以及另外一个就是布拉格，是个有名的，也是得了诺贝尔奖金的物理学家，他得诺贝尔奖金是因为他在X光的分析上面做出了杰出的贡献，而且他做这个贡献时的年纪很轻，他大概是最年轻的得诺贝尔奖的，他25岁就得了诺贝尔奖金，跟他父亲一起，那么他本人和他父亲在卡文迪什实验室发展出的X光晶体分析技术，来进行生物大分子结构的跨学科的研究，使他转了两个完全跟原来不同的新的方面上去了，那么没有钱怎么办，他一方面是支持他的两个部下，一个叫瑞勒，一个叫拉特科里夫，他们去收集军队不要的雷达，当时仗打完了，军队有些不要的雷达，就组成了原始的射电望远镜，他又从医学研究委员会，大概在英、美，这个医学研究委员会，一般都是经费相对比物理学要多的一个地方，就组成了由马克思·佩鲁茨和约翰·肯德鲁为首的研究蛋白质晶体结构的小组，就是用X光来做蛋白质结构晶体的分析。那么这几位科学家，刚才提到这四位都得过诺贝尔奖金，因为他们这个工作都是在最前沿，克里克是马克思·佩鲁茨的研究生，他大概是1948年去的，沃森是1951年去做了约翰·肯德鲁博士后，沃森他是博士毕业了，他们两个都加入了这个蛋白质结构分析的小组，但是这两个人，都对DNA有浓厚的兴趣，他们是很少有的，又比较年轻，又不信大多数人所相信这个蛋白质是遗传信息这种说法的人，他们对DNA分子结构具有浓厚的共同兴趣，他们就密切合作、共同讨论、坚持不懈，最后就发现了DNA双螺旋结构。所以他们不是领导交给的任务，而是自选课题选出来的，这点也值得我们思考。　

　　布拉格的远见，在困难的条件下，保证的卡文迪什实验室在这两个新兴学科上做出了辉煌的成果，发现了类星体，脉冲星，DNA双螺旋结构，确定了血红蛋白这个结构等等，造就了一大批诺贝尔奖金获得者，为战后英国的科学争得了极高的荣誉。　

　　那么当时在美国，20世纪50年代初，还有两个知名的研究小组，来做DNA分子结构的研究工作，一个是在美国加州理工大学，由当时知名的量子化学家鲍林来领导，他在1950年成功地发现了蛋白质的α螺旋结构，并且从那个时候起，他就开始DNA分子结构的分析工作，他这个α螺旋的结构，对DNA的发现，也起了很重要的作用，因为他是第一个用分子形成螺旋这种结构生物大分子之人，所以就启发了很多的人，在研究DNA的时候，考虑那是一个螺旋结构。　

　　那么还有一个小组，就是威尔金丝和富兰克琳，他们在英国伦敦皇家学院的两个人，这个威尔金丝是个学物理的，他战争时候是参加了曼哈顿计划，就是美国的核武器研制的曼哈顿计划，战争完了以后他就回来到了英国，他是开始用X光分析DNA晶体结构最早的一个物理学家。那么1951年，富兰克琳加入进来了，但是富兰克琳的技术非常之高，所以她很快就获得了更清楚的DNA的照片。由于他们所提供的X光照片，就成为发现双螺旋结构最重要的实验根据。富兰克琳不仅拍出了当时最清楚的DNA结构的照片，而且指出了沃森和克里克早期构造的DNA结构模型的错误，但好几次沃森、克里克想跟她合作，都被她拒绝了，这也可能伤害了他们的自尊心，我想可能是因为男的看不起她，她大概也看不起男的，总之这里头有点问题，她不愿意跟男的合作，以至于沃森和克里克在1962年他们得诺贝尔奖的时候，他们做了一个报告，这个报告里头引用的98篇文章，一次也没有提到富兰克琳的工作，这个非常是不公平，因为底下我们要看到，正是由于富兰克琳的工作，才使得沃森和克里克得出了这个双螺旋结构的结论的。　这里有一位画家打抱不平，就画了一张富兰克琳的像，里面画了两个富兰克琳的像，一个是红的，一个是蓝的，红像的脸后边就是沃森和克里克，里头画了沃森和克里克在讨论这个DNA双螺旋结构，右下角有一个小的像就是威尔金丝，他把富兰克琳画得这么大，把威尔金丝画这么小，把沃森和克里克画在她的脑袋里边，实际上说明的意思就是沃森和克里克所得的很多结论，实际上是因为她的贡献而得来的，某种意义上表示这个意思，我想可能是这位画家他是打抱不平。后来从富兰克琳的工作笔记中发现，在沃森和克里克发表他们双螺旋结构文章的前夕，除了这个配对方案以外，她已经独立地得到了相同的结论，作为有经验的化学家，她必定会在短期之内解决这个问题，如果不是当时英国科学界对妇女的歧视，和开始的时候威尔金丝对她不够尊重，造成两人之间的不合，影响了他们的工作进度，那完全可能最先发现双螺旋结构的桂冠，会落在威尔金丝和富兰克琳的头上。双螺旋结构的发现过程，是有一定的戏剧性的，当事人的回忆也不尽相同，褒贬也不一，这大概是因为每个人都想把自己的功劳说得大一点，而当事人的个性和复杂的人际关系，在其中又起了相当大的作用。下面我就以沃森和克里克这一组为主线做一个简单的介绍。　

　　沃森是一个天才，20岁大学就毕业了，22岁就得了动物学的博士学位，并且得到了一年的资助到哥本哈根去从事病毒的DNA研究。他很早就对DNA很感兴趣，在欧洲一次学术会议上，他听到了威尔金丝报告DNA结构的X光分析，他的印象是很深刻的，所以他就想做DNA分子结构的破译工作，那时他是一个刚毕业的学生，在他要申请下一个博士后工作岗位的时候，他曾经做了一些考虑，他觉得鲍林已经很有名了，不会花时间帮助他，他当时认为他是一个小人物，所以他决定不去。同时他对威尔金丝的报告很有兴趣，他跟威尔金丝谈，但是威尔金丝对他好像没有显出很高的热情要把他留下做博士后。所以他就申请到了卡文迪什，去做了博士后。在1951年的时候，开始跟克里克一起工作，克里克他是在战前就已经在物理系毕业了，在战时他也是从事军事、军工，所以做过磁性地雷和雷达的研发，他在战后读了一个物理学家薛定谔写的书，这本书是《生命的本质》，是物理学家写的，是量子力学的发明人之一，这个书里边当时是按照物理学家的观点，指出来研究决定生命现象内部的分子结构是非常重要的，因为物理学家是还原论了，至少在很长时间之内，一切东西都是由分子、电子、原子所决定的，生命现象他认为也不应该有所例外，所以他这本书特别强调了这一点。受这个影响，克里克就决定改学分子生物，他就重新到卡文迪什实验室去做研究生，沃森来的时候，他正在从事红血球的X光晶体分析的博士论文工作，那是1951年，那个时候他已经35岁，他也是当时和沃森一样，少数坚定相信DNA是遗传物质载体的人之一，这点是使得他们成功很重要的因素，因为他们并没有盲从当时大多数的科学家相信蛋白质是遗传载体，就是说比较普遍的这种观念，而是有自己很明确的想法。　

　　这个沃森和克里克他们认定了，大概是克里克的一段话，说所有生命的现象，都是在分子的层次所产生的，所以如果不懂得这些分子的话，我们不可能懂得任何的生命现象。当然他说得稍微过头一点，不过他坚定地相信这个，才能使得他俩认为基因的三维分子结构是了解生命现象的关键，是应当抓紧研究的重大课题，那么这个认识，使得他们能够排除一切困难，紧密合作，抓住这个题目不放，最后终于获得成功。刚才讲了他抓住不放的，是他自选的课题，那么由于当时的布拉格和伦敦皇家学院有一个君子协定，这个君子协定就是卡文迪什实验室只做蛋白质的X光分析，DNA的X光分析是由皇家学院进行，因此沃森和克里克他们只能到皇家学院，才能得到有关的实验数据，他们在卡文迪什是得不到的，那么在这个情况下，他们是在一些并不是条件非常优越的情况下，来完成他们自己热衷的研究工作的。　

　　最初，沃森以书本上的核苷酸化学结构为出发点，认为基对是由相同的核苷酸分子通过氢键组成的，就是他原来以为A、G、C、T四个分子，A和A配对，C和C配对，因为按照当时他所认识的这个分子结构只能这样配对，但是这样一配对，就不能解释刚才那个洽嘎弗规则，就不可能是A的数目和T的数目相等，C的数目和G的数目相等，而且我们刚才讲了这个嘌呤分子，它是有两个六角形，所以它比嘧啶的分子大，如果这样来组成一个双螺旋的话，这个双螺旋就忽大忽小了，这个直径就不可能统一，所以他觉得也不太对，他就找到当时在隔壁有一个工作的化学家叫杰里·多洛，征求他的意见，这个杰里·多洛就指出来，他说你用的这个核苷酸化学结构是不对的，更对的是他用的叫做稀醇型的，是氢和氧原子结合，这个不对，他说应该是氢和氮结合的一个酮类型，他说用这样一个分子结构你再试试。结果第二天，沃森就得到了正确的核苷酸分子，A和T、C和G配对的这个模型，他和克里克也早已确认两条骨架链应该是反平行的，有了这些认识，他们很快就创造出一个新的模型，也就很快得到威尔金丝和富兰克琳的认可，必须A和T配对，G和C配对。有了这样一个配对以后，当然就很清楚了，这两条模型，两条链，是完全相同的信息，因为它是严格配对的，一个可以作为另外一个模板，而且打开了以后，两个可以作为新的模板，可以创造出两条新的DNA长链来，糖和磷酸在外边，　A、T、C、G遗传信息单位在里边，而且外边的骨架是反平行的。　

　　那好了，我们从刚才讲的这些故事中间，能够得到些什么启示？从DNA双螺旋结构的发现过程，我们可以得到很多有益的启示。一个，是把一个学科发展成熟的知识技术和方法，应用到另一个学科的前沿，能够产生重大的创新成果，学科交叉是创新思想的源泉，物理的分析方法和化学关于分子结合键的知识，对建立正确的DNA双螺旋结构起了决定性的作用。　

　　第二个是科学的发现，是一个知识不断积累，认识不断深化的一个过程，我在前面讲了一段很长的历史，在DNA双螺旋结构之前，有上百年的历史，科学家都在追求怎么来认识遗传和基因，所以善于学习和鉴别，对已有的结论经过去粗取精，去伪成真，有选择地继承并且加以发展，才能做出重大创新。重大的科学发现，它不会孤立出现，在它之前，必然已经有前人大量的探索，它不断突出矛盾，不断扫清外围，等待着幸运儿的出现。因此只有掌握了前人发展的全部关键知识，但是又不盲从，才能站在巨人的肩膀上抓住机遇，实现突破。　

　　第三，高明的学术领导人，像布拉格他善于利用自己积累的知识优势，发现学科交叉的切入点，