材料科学与生物科学中的DNA究竟有何关系？

图1为中科院金属研究（IMR）所庆祝50周年的时候制作的所标。此标志树立在西南角最显眼的地方，为双螺旋DNA结构。为什么一个从事材料研究的著名机构要以DNA（图2）为标志呢？材料科学与生物科学中的DNA究竟有何关系？

图1 中科院金属研究所（IMR）所标

图片来源：http://www.imr.cas.cn/zt/60znsqztwz/tpk-60sq/yqfj-60sq/201301/t20130108_3743028.html;

图2 DNA 双螺旋结构

图片来源：

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Difference_DNA_RNA-EN.svg.

DNA双螺旋结构的发现的确受到材料科学进展的影响。这种关系可追溯到晶体螺旋生长的发现。

Frank预测了晶体表面的螺型生长（图3），并被试验证实，这件事情对现代生命科学产生了一个间接和重大的影响。

图3 螺型位错与晶体生长

1953年，J. D. Waston和F.H.C. Crick确立了DNA 分子的双螺旋结构，揭示了遗传信息及其复制规律。

在著作《双螺旋结构：DNA结构发现的个人说明》(The Double Helix:A Personel Account of the Discovery of the Structure of DNA)(Waston, 1986) 中，作者谈到与Crick争论烟草嵌合病毒（ TMV ）具有螺型结构，受到法拉第学会讨论会论文集有关晶体生长理论的启发，肯定了DNA双螺旋结构。

Waston写道：“那时我的情绪已十分消沉，后来我突然产生了一个奇思妙想，为什么这些亚单元应当具有螺旋式排列。晚饭后，我无事可做，顺手读了一本法拉第学会讨论会论文集’金属的结构’（他记错了，实际上应当是‘晶体的生长’，它含有理论工作者Frank关于晶体如何生长的一个巧妙理论。他们经过合理计算后，都得到一个与实际观察相矛盾的答案，即晶体不可能以所观察到的速度生长。

然而，Frank看到，如果晶体并非以寻常的方式生长，则这一悖论就消失了。

这种新的生长方式就是表面含有位错，其导致表面永久地存在一个连接角，这样新的分子可以不断地黏结在这个连接角上。几天后，我产生了一个新的想法，即每个TMV颗粒应当被看成一个微小的生长晶体，与晶体一样，它们具有连接角，最重要的是产生连接角最简单的方式就是亚单元螺旋排列。这个想法如此简单，所以它一定也是正确的）” 。

上述史料给了我们的重要启示是，不同学科之间具有相似性。

（资料主要内容摘自：《走进材料科学》， Cahn，R.W.著，杨柯译，化学工业出版社，2008）

后记：

2013年7月9日偶然看到张旭的博文：螺旋位错”启发了“DNA双螺旋”