我們的身體特別熱衷於製造 DNA，如果不是這樣，我們也活不了。然而，DNA本身並沒有生命。當然啦，所有的分子都不會有生命，DNA 就是一個有機大分子。但 DNA 分子尤其的不活躍，用遺傳學家路翁亭（Richard Lewontin）的話來說，“DNA 是生物體中最不活躍的化學惰性分子。”這也是為什麼在謀殺現場調查時，能從風乾了很久的血跡或精斑中提取出 DNA，還能從遠古的尼安德特人骨骼化石中提取出 DNA。這種物質神秘而低調，可以用“毫無生氣”來形容，正因為此，才讓科學家們花了那麼長的時間認識到，它們居然是生命最核心的東西。
DNA 作為一種實體，存在的時間超乎你的想象。但它卻一直要到 1868 至 1869年的那個冬天 ，才被一位在德國蒂賓根（Tubingen）大學工作的瑞士科學家米切爾（Johann Friedrich Miescher）所發現，當時他剛拿到博士學位，所以也有一種說法是，他是以學生的身份在實驗室參與實驗的。不過當時，這個米切爾雖然年紀輕輕，生活卻過得並不順利，他之前感染了傷寒，當中還休學了一年。不過好在他康復了，還拿到了博士學位。他有一次在用顯微鏡研究手術繃帶中的膿液時，發現了一種他不認識的物質。他稱其為“核素”（因為是在細胞核中發現的嘛）。在當時，米切爾僅僅只是注意到了它們的存在，卻沒有多想。但顯然，米切爾一直沒有忘記它們，因為 23 年後，在一封寫給他叔叔的信中，他提出這種分子很可能就是遺傳的載體。米切爾的叔叔也是一位科學家，卻也沒有把這當回事。可以說米切爾的洞察力是非凡的，但這個觀點遠遠超出了當時科學的需要，所以根本沒有引起什麼注意。
圖：米切爾從繃帶的膿液中發現了“核素”
在這之後的半個世紀中，人們普遍認為，這種後來被稱為脫氧核糖核酸（DNA）的物質，在遺傳當中，充其量只是扮演了一個微不足道的角色。因為它的結構很簡單，總共只有四種組件，被稱為核苷酸，有點像一個只有四個字母的字母表。生命的故事難道可以用區區四個字母寫就嗎？這其中的奧秘很像你用摩斯碼發電報，雖然只有點和劃兩種編碼，但卻可以用不同的組合來表達複雜的信息。但當時人們的認知有限，他們覺得 DNA 根本不做任何事情，只是靜靜地呆在細胞核中。它可能以某種方式約束染色體，也可能為體液或者血液增加一點兒酸度，或者完成一些未知的小任務。人們當時認為，生命所需的複雜性，只可能存在於細胞核的蛋白質中。
但是，關於 DNA，有兩個問題又是人們所無法輕視的。
（忍不住插句題外話，我在這段的翻譯稿的手稿中，寫了一個括號，括號中是這麼寫的：我真的忍不住要吐槽比爾·布萊森了，他經常說“講2個問題”，但往往只能找到“first”，再也找不到“second”了，得自己去猜哪裡開始算第二個問題。以前還出現過“講三點”，但第三點怎麼也找不到的情況。我最受不了比爾的就是這個毛病。這是必須要儘量避免的科普寫作中的槽點。吐槽完畢，繼續）
圖：比爾·布萊森
第一，DNA 的數量眾多，幾乎每一個細胞核中都有近 2 米長的 DNA，它對細胞的重要性由此可見一斑。尤其是，DNA 在實驗中總是出現，就好像神秘謀殺案的嫌疑人。特別是在兩個實驗中，一個有關肺炎球菌，一個有關噬菌體（一種會感染細菌的病毒），這隻能說明 DNA 這個角色的重要性被前人大大地低估了。第二，有證據表明蛋白質的生成與 DNA 有某種關係，這對生命來說，是至關重要的。但又令當時的人們想不通的是，蛋白質確定是在細胞核之外生成的，若要說它們是受 DNA 控制的話，它們離 DNA 實在也是遠了一點。
當時，沒人能搞清 DNA 是怎樣將信息傳給蛋白質的。今天我們知道，是一種叫作核糖核酸的物質，也就是 RNA 在兩者之間起著翻譯的作用。也就是說，DNA 和蛋白質講的不是同一種語言，這在生物學中，是有名的怪事。在將近四十億年的時間中，它們是生命舞臺上兩個最重要的演員，但卻操著兩種互不相容的密碼，就好像一個人說中文，一個人說英語一樣。它們需要 RNA 充當交流的媒介，在一種叫核糖體的化學物質的幫助下，RNA 將 DNA 中的信息傳譯給蛋白質，並讓蛋白質以此為行動指令。
不過，為了給你把 DNA 的故事講的更加透徹一點，我打算帶你重新回到二十世紀初期。那個時候，離我們弄明白前面講的這些事情還有好長的路要走。在當時，一切與遺傳有關的事情都還是撲朔迷離的呢。
想要揭示遺傳的奧秘，我們需要一個即有天賦又勤奮的人，但光有這個也不夠，還需要他能靈光一現，想出一個很聰明的實驗。令人高興的是，這個人在 1904 年出現了。在更早幾年，準確地說是 4 年前，孟德爾的豌豆實驗重新引起了生物學界的關注，不過基因這個詞的出現還要等上 10 年。我們說的這個人你大概猜出來了，他就是著名的摩爾根，在這一年，他下定決心，致力於染色體的研究。
染色體是在 1888 年被偶然發現的。之所以叫這個名字，是因為這種物質很容易被染上顏色，因此也就很容易在顯微鏡下看到。到了世紀之交時，它被高度懷疑與生物的特性傳遞相關。但是卻沒人能搞清楚它們作用的機理。
摩爾根是從 1909 年開始折騰果蠅的。果蠅就是一種蒼蠅，只不過是那種喜歡在水果中而不是便便中孵化的蒼蠅，這樣養起來不會那麼噁心。那你們可能想問：為啥要在蒼蠅這種不招人喜歡的蟲子身上做實驗？其實摩爾根最早也是想在哺乳動物身上做實驗，可是經費沒批下來。他沒錢啊，養小白鼠是要花很多錢的。但是他偶爾發現了果蠅這麼個好東西。這東西吃得少，給點香蕉就能養一大幫子。而且繁殖快啊，這多便宜啊。第一隻養果蠅的瓶子據說還是他從別人家門口順手牽羊給順來的。最早一批果蠅是從實驗室門口的爛菠蘿上抓來的，你看這都沒花錢。作為實驗對象，它們有一些無可比擬的優點：個頭小，吃得少，很好養，隨便一個牛奶瓶就能養出幾萬只，從蟲卵到成蟲只需要10天甚至更少的時間；另外，它們只有四對染色體，研究起來相對簡單。
圖：摩爾根
在紐約哥倫比亞大學的一間小小的實驗室中，摩爾根和他的團隊耐心細緻地飼養果蠅，總共雜交出了幾百萬只之多。為了檢查它們在遺傳方面的微小變化，研究人員得用鑷子夾著每一隻果蠅，然後放到珠寶商人用的放大鏡下面，仔細地觀察。摩爾根想要在果蠅身上實現特徵變異，比如生出來就缺胳膊少腿啊，或者多長出一對翅膀來。這一群蒼蠅到了他手裡可算是倒了血黴了。化學藥品處理、高溫處理、用放射線照射、拿X光照射。這簡直是滿清十大酷刑啊。到最後，也沒搞出什麼結果。摩爾根當時已經48歲了，他都開始失望了。但是皇天不負有心人啊，果蠅裡面終於出現了一個變異——一隻白眼的雄果蠅。其他果蠅的都是紅眼的。後來經過一系列的繁殖實驗，摩爾根到了 1911 年，確認白眼的基因位於 X 染色體上。這就邁 出了關鍵的一步，後邊就好辦了。1915 年，摩爾根的實驗室已經發現了85種能遺傳的突變基因。所以啊，能上中學課本的人物都是不含糊的。唯一要澄清一點，那隻白眼的果蠅，不是摩爾根自己發現的。而是另外一位叫做布吉里斯的同事，他拿著一隻裝滿果蠅的瓶子正要去銷燬。突然看到一隻白眼兒的變異。於是，這隻果蠅就成了遺傳學史上最著名的動物。要說這位眼神好吧，也不能這麼說，因為布吉里斯是個色盲……
然而，問題並沒有完全解決，當人們深入到生物學中更復雜的下一個層次時，便發現，基因以及構成基因的 DNA 很難分離出來，也很難探明具體作用。
直到 1933 年底摩爾根獲得諾貝爾獎時，還是有很多研究人員不相信基因的存在。“基因到底是什麼？它們是真實的存在還是純粹的臆想？”摩爾根說這個問題在那時並沒有共識。你可能會感到很吃驚，在我們今天看來，基因是細胞活動中起著如此基本作用的物質，簡直連三歲小孩都知道，居然有很多科學家對它的真實性都遲遲不願承認。實際上，在我看來這並不奇怪，科學家群體恰恰是一群質疑精神最大的群體，也正是因為這種苛刻的質疑，才能保證我們今天已知的這些知識是可靠的，是可以被後人直接拿來用的。
我再舉個例子，像思考和記憶這樣的精神活動，我們今天也大體處於和摩爾根那個時代對待基因相同的情形。毫無疑問，我們知道我們擁有它們，但是，我們卻不知道它們以什麼樣的物理形式存在著，甚至是否真的是一種物理形式的存在我們也不敢下斷言。對於很多摩爾根那個時代的人來說，從人身上取一個基因出來研究一下的想法是很荒唐的，就好像現在有些人也會譏笑一些科學家試圖取一束思想或者記憶出來放到顯微鏡下面看看一樣。但我還是想告訴你，不能因為基因這個例子就推導出思想和記憶也是同樣的結局，或者推導出任何今天看來荒唐的假說都會有好的結局，100 個荒唐裡面或許會出現 1 個反轉，但畢竟 99% 還是荒唐的。
關鍵問題不在於你信還是不信，而是你為什麼信或者不信，只要能講出為什麼的道理，不管是信還是不信都是科學精神。可以肯定的是，某種與染色體相關的物質主導了細胞的繁殖。終於，有一個團隊在1944年取得了突破。他們來自曼哈頓的洛克菲勒學院，領頭的是一位加拿大人，叫艾佛瑞（Oswald Avery）。此人才華橫溢卻生性羞澀。他帶領團隊用了15年成功地完成了一項極為困難的實驗，讓一株非致病的細菌與外來 DNA 融合，從而使該細菌產生了永久性的致病能力。這就證明了 DNA 不是一個擺設，幾乎可以肯定它們是遺傳信息的活躍載體。奧地利出生的生物化學家查伽夫（Erwin Chargaff）事後很嚴肅地認為，艾佛瑞的發現值得兩次諾貝爾獎。
但艾佛瑞很不走運，他遭到了一位同事的反對。此人名叫米爾斯基（Alfred Mirsky），是一位狂熱的蛋白質研究者，生性頑固，令人討厭。他利用自己的權力，極盡一切所能貶低艾佛瑞的成果。據說，他還極力地遊說位於斯德哥爾摩的卡羅林斯卡學院不要授予艾佛瑞諾貝爾獎。艾佛瑞當時已經 66 歲了，身心疲憊的他承受不了工作的壓力，也沒精力去跟人爭，於是辭去了工作，再也沒有返回實驗室。不過，其他人的實驗完全支持了他的結論，很快，DNA 的結構問題又成了科學家們新的競賽內容。
如果你生活在上世紀五十年代，又好賭的話，那幾乎可以肯定，你會賭加州理工的鮑林（Linus Pauling）贏得此次競賽，破譯 DNA 的結構。這位美國首屈一指的化學家，在確定分子結構方面無人能及，同時他也是 X 射線晶體學的先驅，正是這項技術成為了破譯 DNA 結構的關鍵。鮑林的職業生涯堪稱輝煌，他曾兩獲諾貝爾獎（1954年的化學獎和1962年的和平獎）。但是，鮑林卻輸掉了這場破譯 DNA 的競賽。因為他錯誤地確信 DNA 是三螺旋結構，而非雙螺旋結構，因此從未走上正途。勝利從而落到了四位英國科學家頭上，但這四人並不是一個團隊，而是互不理睬，很大程度上都是該領域的新手。
這四個人中，專業最沾上邊的是莫里斯•威爾金斯（Maurice Wilkins），他在二戰時期花了大量時間協助設計原子彈。另外兩人，羅莎琳•富蘭克林女士（Rosalind Franklin）和弗朗西斯•克里克（Francis Crick）。他們在戰時的好多年為英國政府的採礦業效力。克里克負責爆破技術，富蘭克林負責採煤技術。
四人中最不平凡的人是吉姆•沃森（James Watson）。他是一個神童，小時候就在一檔很流行的電臺節目《兒童智力競賽》（The Quiz Kids）中出盡風頭。他 15 歲便考入芝加哥大學，22 歲又拿到了博士學位，進入著名的劍橋大學卡文迪許實驗室工作。他有一張 1951 年的照片，那時他 23 歲，看上去像個傻大個，一頭亂蓬蓬的頭髮，就好像在相框外面有一塊強力磁鐵拽著頭髮似的。
圖：年輕時的沃森
克里克比沃森年長 12 歲，當時還沒取得博士學位，頭髮也沒有那麼亂，但是更硬一點兒。在沃森的描述中，他是一個愛說大話，吵吵鬧鬧，喜歡爭論，急於要求別人贊成一個觀點，三天兩頭被別人呼來喚去的人。
他們認為，只要弄清楚了 DNA 分子的形狀，就能明白它們是怎樣工作的。後來證明，他們的想法是對的。而且，他們還希望儘可能用很少的一點兒必不可少的工作，就能達到目的。沃森在他的那本自傳《雙螺旋》（The Double Helix）中興高采烈地說（多少帶點誇耀），“我希望自己不用學習化學就能解答基因的問題。”實際上，當時領導沒有安排他們從事 DNA 相關的研究，有一陣子還被勒令中止已經開展的工作。沃森裝作是在研究晶體圖案，克里克則謊稱自己是在完成一篇有關大分子的 X 射線衍射的論文。
在普遍流行的說法中，解開 DNA 之謎的功勞，幾乎全部都歸給了沃森和克里克。其實，他們的突破離不開競爭對手所完成的實驗，這對他們而言很關鍵。用科學史學家賈丁（Lisa Jardine）的話來說，他們的成果有“偶然性”。至少在起步階段，倫敦國王大學的威爾金斯和富蘭克林遠遠走在了他們的前面。
新西蘭出生的威爾金斯是個不愛出門的人，幾乎到了無人知道的程度。雖然他於 1962 年與沃森和克里克一同分享了諾貝爾獎，但是在 1998 年全美公共廣播公司拍攝的一部有關 DNA 結構發現史的紀錄片中，完全把他給忽略掉了。
羅莎琳•富蘭克林是他們所有人中最神秘的角色。沃森在《雙螺旋》一書中對她充滿了調侃，也可以認為是諷刺和挖苦，他形容羅莎琳•富蘭克林是一個不講理、故作神秘、日常很難打交道的女人。他還說富蘭克林疏於打扮、不施粉黛。他原話是這麼說的，她“不算醜，只要對衣著稍加留意，或許還能驚豔到不少人”。但顯然，富蘭克林不會為了周圍人的看法而刻意打扮自己。沃森驚訝地表示，她甚至都不用唇膏，她的衣品是“英國年輕女學究才有的低下的想象力”。你別說，我還真的去谷歌了一下羅莎琳的照片，沃森說了句實話，真的不醜。
圖：不施粉黛的羅莎琳·富蘭克林
不過，1968 年，在克里克和威爾金斯對這些帶有人身攻擊的語言做出投訴後，哈佛大學出版社終止了《雙螺旋》一書的出版。賈丁稱這些描述是“不安好心的貶損”。上面這些針對富蘭克林的評論都是原文，而且是在沃森的態度軟化之 後做出的。那我實在不知道，態度如果沒軟化，言辭還要有多激烈呢，哪來的這麼大的深仇大恨呢？不知道我的聽眾當眾有沒有對沃森和富蘭克林的過節熟悉的，不妨留言說說。
那麼這四個人後來又發生了哪些故事呢？我們下期接著聊。
說明：
《宇宙自然生命簡史》是我重譯、改編的《萬物簡史》。
1、修正了原書中不準確的知識點。
2、更新了最近這 10 年來的科學進展。
3、補充新增大量相關知識點。
4、直接翻譯自英文原著，沒有使用原譯。
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