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詹姆斯·沃森与弗朗西斯·克里克

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发表于 2019-2-25 06:30:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

DNA分子结构的发现是20世纪最伟大的科学成就之一,完全可以与达尔文的进化论、孟德尔的遗传定律相媲美。这一发现为现代分子生物学、遗传、医学等领域的研究开辟了新纪元。2003年4月14日由沃森参与发起的确定人类基因组DNA序列的“人类基因组计划”由六国首脑宣布完成。此时适逢DNA分子双螺旋结构模型发表50周年,让我们在这个值得全世界纪念的时刻回顾这两位科学巨人不同寻常的人生历程。

1928年4月6日詹姆斯·杜威·沃森(James Dewey Watson)出生于美国芝加哥的伊利诺斯一个圣公会教徒家庭,是詹姆斯家族的长子,时年老詹姆斯·杜威·沃森31岁,是民主党的忠实追随者,而具有爱尔兰和苏格兰血统、信奉天主教的沃森母亲乔安娜·米切尔·沃森(JeanMitchell Watson,1900~1957)27岁。

在詹姆斯家里,书籍和知识占据非常重要位置。大部分书来自旧书店,较新的来自“每月读书俱乐部”;每周末沃森父亲带领儿子步行一英里去公共图书馆,阅读各种图书,而且每次都带回一大叠书在下周品味。父亲崇尚有思想的人,喜欢各类哲学书籍,而沃森从中挑出自己喜欢的科学类书籍来读,沃森7岁时收到最中意的圣诞节礼物是一本关于鸟类迁徙的书。本来老詹姆斯从青少年起就沉醉于鸟类观察,受父亲的影响,沃森也欣然加入,使他的生活在大萧条时期仍然充满浪漫的情调,直至上高中仍然迷恋于在公园、野外沙丘间寻找稀有的鸟。在天气不适合看鸟的时候,沃森仔细研读进化论方面的知识和达尔文的自然选择理论,他甚至开始梦想成为科学家。

1943年沃森提前两年中学毕业,进入芝加哥大学,并非由于他特别的聪明,而是在很大程度上归功于他的母亲,因为乔安娜发现了芝加哥大学校长罗伯特·哈金斯正在进行一项教育改革,她为沃森填写奖学金申请表,并支付每天六美分的车费,沃森才如愿进入大学学习动物学。在芝加哥大学的最初两年,沃森的成绩并没有使他展露出在科学方面的天才;但在此期间他有机会聆听当时世界上最优秀的基因学家之一斯沃尔·莱特的讲课,这是沃森崇拜的第一个科学英雄。基因的概念融入他的大脑,使他作出了一生最重要的决定,要把基因的研究作为一生的主要研究目标。

1947年在芝加哥大学毕业并获得理学学士之后,在芝加哥大学人类遗传学家斯兰德斯可夫的推荐下,印地安那州立大学给沃森提供一个月薪900美元的研究工作,开始用X射线进行噬菌体研究,三年之后他在那里获得动物学博士学位。

1951年秋,沃森赴欧洲的哥本哈根。进行一年基因转移研究,并未获得令人振奋的结果。在国家小儿麻痹研究基金(National Foundation of Infantile Paralysis)资助下转往剑桥大学卡文迪希实验室,在那里沃森结识了比他年长的弗朗西斯·克里克(Francis Crick)。

克里克1916年6月8日出生于英国的北安普敦一个中产阶级家庭,父亲与伯父共同经营一座祖传的制鞋工厂,一家人信仰基督教,星期天早上会上教堂。但从12岁起克里克由于对科学日渐增长的兴趣,使他对基督教慢慢产生怀疑,成为一个强烈无神倾向的不可知论者(agnostic)和怀疑论者,克里克后来回忆说:“毫无疑问,对基督教失去信仰、对科学的逐渐执着,是我科学生涯的关键一部分”。

上大学期间,克里克主修物理学,辅修数学,但并没有学到很多前沿物理知识;而且同沃森一样,克里克的成绩平平,并未见过人之处。1937年他从伦敦大学毕业后继续攻读物理博士。一直到战后,克里克才自修了量子力学,但他在自《疯狂的追逐》里自称,对近代物理的知识只有《科学美国人》的水平。

1939年二战爆发之后,克里克在英国海军总部实验室工作了8年。二战结束后,经过选择和思考,克里克很快找到感兴趣的研究方向:一是生命与非生命的界限,另一个是脑的作用,当然克里克在作出选择的时候,还受到薛定谔《生命是什》这本名著的影响。

1947年,克里克在剑桥大学工作两年之后转到以结晶技术研究巨分子结构著称的剑桥大学医学研究中心实验室,在那里,他对X光衍射模式的解释产生了浓厚的兴趣。但直到1951年沃森到剑桥之后,他才真正开始进行DNA的研究。

当时,23岁的沃森和35岁的克里克这两位年轻人并不是资深的生物学专家,在DNA分子结构探索方面他们还有两个强有力的竞争小组:一是伦敦大学的威尔金斯(M.Wilkins1916-2004)和他的助手富兰克林(R.Franklin,1920-1958),另一个是美国加州理工学院的化学家鲍林(L.C.Baulins1901-1994)。威尔金斯与富兰克林根据X射线衍射研究已经知道了DNA分子由许多亚单位堆积而成。而且DNA分子是长链的多聚体其直径保持恒定不变。鲍林通过对蛋白质α螺旋的研究。认为大多数已知蛋白质中的多肽链会自动卷曲成螺旋状。

而沃森和克里克采用了构建模型的方法来分析DNA分子的结构,即先根据理论上的考虑建立模型,再用X射线衍射结构来检验模型。同时沃森和克里克最大限度地汲取了威尔金斯与富兰克林、鲍林的研究结果,特别是当他们意外地看到富兰克林所拍摄的一张高清晰度的DNA晶体的X射线衍射照片时,很快就领悟到了DNA的结构是两条以磷酸核糖为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构,氢键把它们连结在一起。从而否定了脱氧核糖核酸的单螺旋与三螺旋模型,提出了正确的双螺旋模型。

1953年4月,沃森和克里克在《自然》杂志发表了不足千字的短文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模》,报告了这一改变世界的发现。这篇论文在科学史上矗立了一座永久的里程碑。1962年,沃森、克里克和威尔金斯3人因为在DNA结构方面研究的突出贡献共享了诺贝尔医学与生理学奖。

那篇著名的千字短文发表之后,克里克回到蛋白质研究工作上,在他37岁时获得了博士学位,并成为卡文迪希实验室的永久成员。此外,他还研究遗传密码,并提出了遗传的中心法则(cental dogma);1977年,克里克到加州的一个研究所,专注于生命现象中的另一个谜题—意识的性质和起源,2003年3月,他还在《自然神经学》上发表论文,研究人类意识产生的神经细胞学基础。

而后,沃森则成为哈佛大学生物实验室一员,1961年成为教授,任职至1976年。从1968年起沃森担任纽约长岛冷泉港实验室(CSHL)主任。在美国,“冷泉港”被誉为生命科学的圣地,是分子生物学者们神往之处。1994年起沃森担任冷泉港实验室主席至今。沃森也是美国科学院院士及英国皇家学会会员。

沃森作为杰出科学家的另一重大贡献是与其他人一起发起了由全球合作、令人震撼的“人类基因组计划(Human Genome Poject,HGP)”。HGP与“曼哈顿原子弹”计划、“阿波罗登月”计划统称为自然科学史上的“三大计划”,但它对人类自身的影响,将远远超过另外两项计划。1989年,沃森被任命为美国国立卫生院(National Institutes ofHealth,NIH)人类基因组研究中心(the National Center for HumanGencme Research at NIH,NCHGR)主任。

沃森曾于1981年到我国的北京、合肥、上海进行访问。

2000年6月26日,当他在白宫听到克林顿总统向包括中国在内的六国科学家致谢,感谢他们为第一张人类基因组框架图的公布作出重要贡献时,感到由衷的高兴,欣然提笔致信中国国家主席江泽民、国务院总理朱镕基、科技部长朱丽兰、中国科学院院长路雨祥向中国的科学家表示祝贺。2003年,由沃森亲笔题名的“沃森基因组学研究院(James D.Watson Institute of Genome Sciences)”在杭州华大和浙江大学的之江校区设立,2003年金秋。沃森先生将应邀再次到中国访问,并参加隆重的“沃森基因组学研究院”成立典礼。

——阎春霞,魏巍,李生斌.詹姆斯·沃森与弗朗西斯·克里克[J].遗传,2003(03):241-242.

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