博文

DNA双螺旋结构的发现－故事与感想精选

已有 41239 次阅读 2009-8-2 05:02 |个人分类:有关科学与教育|系统分类:观点评述| 三十难立

故事
    我有一份2003年1月23号刊的Nature杂志的复印件，是纪念DNA双螺旋结构发现50周年的专辑。专辑的封面，是当年詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）发表他们的文章时使用的简单双螺旋结构线条图，以及后来计算机做出的DNA分子结构图。我一直把这本杂志放在办公室顺手的地方，有时候会翻来看一下。我不做分子生物研究，但阅读这些早期的重要经典文献，经常让人对科学发展的历史有些新的感想。尤其在大力宣传科学创新的今天，回头去看半个多世界前那个生物学中历史性突破的报道，好像是喧嚣酷暑中的一杯凉白开，简单、平淡而冷静，却又让人有不尽的思考。

    沃森和克里克的那篇文章，发表在Nature1953年4月25日的那一期当中。文章一共就一页纸多一点，包括一张简单的线条图和6篇参考文献（见附件）。他们在文中首先不同意当时已经有的DNA三链结构模型，当时一位名声很大的人物，美国化学家鲍林（Pauling)已在这里走入死胡同。沃森和克里克描述了自己的DNA模型：两条多核苷酸链形成一个右手的、反向平行的双螺旋结构；碱基位于双螺旋内侧而磷酸与糖基在外侧；以及碱基间的距离，核苷酸之间的夹角和碱基按A-T、G-C互补配对关系。现在看上去好像很简单的一篇文章，当时它却像一只金手指，捅开了那层迷糊了科学界几十年的窗户纸，向人们描绘了DNA大体是什么样和怎么工作的，揭示了生命的一个大秘密。从那以后，一切似乎都变得很简单了；各种生物学上的突破接踵而至。

    和沃－克文章同期发的还有两篇相关文章，一是莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）等的文章，二是罗沙琳德·弗兰克林（Rosalind Franklin；图1）等的文章。沃－克的文章建立了DNA的模型，而另外两篇文章为其提供了支持。沃森，克里克和威尔金斯于1962年共同获得了生理－医学诺贝尔奖，主要是因为他们关于DNA结构的工作。而弗兰克林却在1958年因癌症过世，年仅三十七岁。诺贝尔奖的规定，诺奖不提名已过世的人。否则弗兰克林也很有可能、或者就应当是获奖者之一。诺奖的一个不成文规矩是不把一个奖授予三个以上的个人。这也许是天意。弗兰克林的工作是DNA模型建立的一块基石。那个诺奖获得者中如果能包括这位女士，将是科学界一个近乎完美的故事。可惜世界总是不完美的。相反，争议性的故事却一直伴随这个伟大的发现。

    争议涉及很多方面。从女性在科学界的地位到一个实验室的实验数据资料的使用权，等等。但最大的一个争议点，莫过于在1953年2月14日，在没有得到弗兰克林同意、她不知情下、以及没有发表的情况下，威尔金斯对沃森出示了一幅弗兰克林于1951年11月获得的B-型DNA清晰X射线衍射照片（图2）。这张著名的51号图片表明，DNA只能是双链结构才能显示那样漂亮而清晰的X射线衍射图。沃森在他1968出的The Double Helix一书中说：“The instant I saw the picture my mouth fell open and my pulse began to race."1953年2月28日，沃森和克里克做出了正确的DNA双螺旋结构模型，并说出“我们知道了生命的秘密。”1953年4月25日Nature发表了沃－克的文章，文章最后致谢一段中写到：“We have also been stimulated by a knowledge of the general nature of the unpublished experimental results and ideas of Dr. M. H. F. Wilkins, Dr. R. E. Franklin and their co-workers at King’s College, London.”这一段后人认为是针对弗兰克林的衍射图，但它是否得当有很多争议。有人认为沃森和克里克至少该引用弗兰克林和她的学生发表在同期中的文章，那是弗兰克林首次发表的更为清楚的DNA衍射图。但沃－克文中提到，他们在构建自己的模型时，并不知道威尔金斯等和弗兰克林等在同期Nature文章的细节，而主要根据已经发表的实验数据。弗兰克林当时自己也已得出DNA是双链结构，碱基位于双螺旋内侧而磷酸与糖基在外侧等结论。她对沃森和克里克早期DNA模型的批评，也对后者的研究在正确方向上发展起到促进作用。

    历史很难重写。误解也好，错误也好，常常都不容易再讲清楚，而是夹带在历史记录中流传下去。虽然没有得到诺贝尔奖，但弗兰克林的工作在她身后得到了科学界广泛的认可，而不是留下一个“Winner Take All”的情形。

感想
    1）研究的及时发表。从沃森和克里克的文章看，由于他们当时面临鲍林的竞争，所以他们的一页纸文章多少有点“赶”。对于DNA的工作原理只简单提了一句：“It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.”。但他们的文章在阐述DNA结构上已经成熟，这就已经很充分了。我有时跟同事说，越是重要的东西，越是要尽早发表，不能压，也不能等到“完美”。因为科学本来就不是完美的。让新的研究结果尽早发表，是对科学的促进。此外，没有人愿意见到自己的研究被别人相同的研究结果所代替，或被类似的研究削弱它的原始内涵。而什么时候一个研究就成熟了，做研究的人不应当缺乏这个判断力。沃－克的文章，是个很好的例子。

    2) 思想的价值。沃森和克里克的工作，并没有大规模的实验。他们只是根据别人发表的数据和知识，搭积木式的建构模型，肯定不会花什么钱。但他们解开了一个如此重要的问题，其价值不可估量。但这样的科学突破为什么会这样产生？我们现在花了无数的钱，也能够碰上一回这样的运气吗？大量的科技投入并不一定能产生最先进的科研结果，但能为后者提供基础。科学研究像一把刀，得有刀刃和刀背。要让它好使，不仅钢要好，还要磨得锋利。如果说投入是铸铁，那健康的学术环境就是磨刀石。大部分的投入和研究理所应当是在刀身刀背上，它给刀刃基础和力量。而更多的功夫要花在磨刀砺刃上，让它能解决问题。如果没有自由的学术环境，活跃的学术讨论、合作、协作、批评、竞争，以及对科学孜孜不倦的追求，很难想象沃森和克里克的工作是什么样。任何投入要能锐化思想而不是相反。拎一根巨大的捅火棍去披荆斩棘开路也可以，但效率会比较低。

    3) 年轻人的能力。沃森生于1928年，克里克生于1916年。当他们1953年发表那篇划时代的文章时，前者25岁，后者37岁。这样年龄的人，在我们现在的科研环境中，是不是都还在实验室里为导师数豆？如果一个研究生连自己的研究课题都不知道、不能够自己选择，如何去梦想诺贝尔奖？我曾经写过一段博文“三十难立”，说现在年青人的难处。沃森和克里克的故事，足以让我们明白，不要低估年青人的能力，要给他们发挥、挑战自己的环境。

4）尊重别人的工作。沃森和克里克工作的重要性是毫无疑问的。与它相随的争议，不同的人有不同的看法。但它至少给我们一个教训，要充分尊重别人的工作和贡献，这是建立一个健康的学术环境要遵守的规则，也是一个稿科研的人能够心情平静过日子的要件之一。我经常读到有些文章中，作者说别人说过的话而不引用文献，好像都是自己的想法。这种情况，有些是因为文献没有读够，有的是有意识的行为。在小同行中，这样的事情一眼就可以看出来。尽管现在的学术环境拿这样的行为没有太多的办法，但这样的事情多了，会让人失去尊敬；而且那种偷东西的感觉，会让人寝食难安。其实，在自己的文章中充分引用别人的工作，并不会降低自己工作的重要性。自己的原始数据资料能说多少话，那是光头上的虱子，明摆着的，我们最好不要自己骗自己。