這一期，我們接著講四位科學家圍繞發現 DNA 形狀的江湖恩怨故事，這個故事特別能印證平哥經常說的那句話：科學家也是人，有人的地方就有江湖。
在 DNA 結構研究上，開始遙遙領先的是女科學家羅莎琳•富蘭克林，當時她手裡握著最可能的 DNA 結構的圖像，並且通過 X 射線晶體學得到了應證，這個技術是由萊納斯•鮑林完善起來的。如果把發現 DNA 結構比作一場重要的考試，富蘭克林差不多正確答完了所有的基礎題，只剩下一些大題還要作答。在當時，晶體照相術已經被成功地用來繪製晶體中的原子，但繪製 DNA 分子是一個更大的挑戰。只有富蘭克林能設法得到需要的實驗結果。但她拒絕分享自己的發現，這讓威爾金斯一直懷恨在心，要知道威爾金斯一直覺得富蘭克林只是給自己打打下手的助理，現在不但風頭蓋過了自己，而且表現的並不友善。
如果富蘭克林不是對自己的實驗結果這麼藏著掖著，所有的矛頭就不會一下子都指向她。上世紀 50 年代，國王大學的女性學者遭到了從上而下的一致蔑視，這和現代的理性觀點是格格不入的，或者說，無論放在哪個時代，這麼做都不合適。那個年代，即使一位女性學者已經身居高位或者事業有成，她也不能進入大學裡的高級休息室用餐，只能在小房間裡將就一下，連沃森也承認這種房間“黑漆漆的髒兮兮的”，沃森就是說富蘭克林雖然長得還行、但穿衣品味一塌糊塗的那位。這還不算什麼，對富蘭克林來說，最麻煩的是會不斷遭到打壓，有時甚至是騷擾，因為有三個男人偷偷算計著和她共享研究帶來的榮譽，他們迫不及待地想要獲知研究成果，卻忘記了最基本的尊重。克里克後來回憶說，“恐怕我們擺出的姿態，都是居高臨下以恩人自居的”。三個男人裡有兩個來自有競爭關係的機構，還有一個或多或少和他們是一丘之貉。所以也就不奇怪，富蘭克林把自己的研究成果藏了起來。
威爾金斯和富蘭克林處不好關係這件事，被沃森和克里克利用了起來。儘管這兩人公開踏足了威爾金斯的領域，但威爾金斯本人卻越發站隊到了他們這一邊。這也並非完全出乎意料，要怪只能怪富蘭克林自己對重要事件的處理變得越來越怪異。富蘭克林的實驗結果顯示 DNA 一定是螺旋狀的，但她卻對所有人堅持說不是這種形狀。明知會讓威爾金斯既沮喪又尷尬，但富蘭克林 1952 年的夏天還是在國王學院的物理系裡張貼了一張嘲弄的佈告，上面寫著：“很遺憾我們必須在 1952 年 7 月 18 日星期五來宣佈 DNA 螺旋結構的壽終正寢，希望威爾金斯博士能致悼詞。”
這樣鬧騰的結果就是在 1953 年 1 月，威爾金斯給沃森看了富蘭克林的圖像，富蘭克林顯然對此一無所知，否則也不會同意。這極大推動了沃森研究的進展。很多年後，沃森自己也承認，這是一次關鍵的事件，用他自己的話說，“這使我們的腦子活絡了起來”。這有點像考試作弊，看到了標準答案的一半，再補足另一半就不會那麼難了。沃森和克里克已經知道了 DNA 分子的基本形狀和有關它尺寸的重要信息，他們在研究上鉚足了幹勁拼命使力。老天似乎也站在了他們一邊。還記得我說過當時美國最有可能贏得競賽的著名生物學家萊納斯•鮑林嗎？當時，鮑林本來要去英格蘭參加一次會議，如果去成了他肯定能見到威爾金斯，那時候的威爾金斯心態可能已經不是太正常了，他覺得只要不是富蘭克林率先發現 DNA 的形狀就行，敵人的敵人那就是朋友。如果鮑林能早一點知道 DNA 的形狀，那諾獎的歷史可能就要改寫了。哪知道，人算不如天算，那時剛好是麥卡錫時代，鮑林在紐約的伊德爾維爾德機場過境時被關押了起來，這個機場就是現在的肯尼迪國際機場，他的護照也被沒收了，理由是他是一名自由主義者，不適合出國旅行。要說克里克和沃森走運的地方還不止於此。鮑林的兒子在卡文迪許實驗室工作，沒心沒肺的他一直向兩人通報父親研究的最新進展。
圖：把富蘭克林“賣”了的威爾金斯
我們再說沃森和克里克，他們就怕被對手迎頭趕上，也是全身心地撲在了研究上。當時已知 DNA 有四種化學成分，分別是腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶，它們以特定的方式配對。通過不斷琢磨切成了分子形狀的硬紙板，沃森和克里克弄明白了這些碎片是如何拼接起來的。他們由此製成了一個鋼結構的模型。這個模型由金屬片以螺旋形狀組裝在一起，它或許是現代科學史上最著名的模型之一了。模型做好後，兩人隨即邀請了威爾金斯、富蘭克林以及這個領域的其他專家來鑑賞。只要是對 DNA 領域有一些研究的人，都可以一眼就看出，他們解決了這個問題。毫無疑問，這是一次對科學精彩的探秘，至於是不是受到了富蘭克林圖片的啟發，已經無關緊要了。從我看到的材料，富蘭克林從頭到尾，直到去世，都不知道威爾金斯把她給賣了，自己的研究成果被拿給了她的死對頭看。
1953 年 4 月 25 日的《自然》雜誌刊登了一篇題為《脫氧核糖核酸的結構》的文章，這篇文章僅僅只有 900 個英文單詞，由沃森和克里克撰寫。同時刊登的還有分別來自威爾金斯和富蘭克林的文章。不過，悲催的是，富蘭克林的文章是放在其他三個人之後的，給人的感覺是她只是做了一些核實工作，和這起重大發現的主要貢獻者扯不上關係。那時的世界風起雲湧：埃德蒙德•希拉里即將問鼎珠峰，伊麗莎白二世不久也將皇冠加冕。所以發現生命之謎這件事顯得有些波瀾不驚。它在《新聞紀事》中被捎帶提及了一下，其他地方則對它視若罔聞。
羅莎琳 •富蘭克林沒有和其他人共享諾貝爾獎。她 1958 年死於卵巢癌，年僅 37 歲。四年後，諾獎頒佈，但不能追授。幾乎可以肯定，富蘭克林患上癌症和她常年因為工作，過度暴露在 X 射線下有關，而這本來是可以避免的。在最近一本頗受褒獎的有關她的傳記中，布倫達•馬多克斯指出，她很少穿防鉛圍裙，走在 X 光前也無所顧忌。
我講的這些圍繞著 DNA 結構發現史的故事，是綜合了《萬物簡史》的原著以及 TED 上的演講和其他網上查閱到的一些我自己覺得還算可靠的資料寫的。但是，說實話，這種科學史的故事，永遠會存在著各種不同的版本，這些科學家之間到底發生了些什麼，總是會有各種各樣的爭議。所以，如果你在其它材料上看到了與我講的這些不一致的說法，這很正常，不用大驚小怪。我也沒覺得我說的這些故事就一定是靠譜的，畢竟我們後人都是隻能通過各種二手材料來編故事。
DNA 的雙螺旋結構並沒有一經公佈就轟動了世界，事實上，沃森和克里克的發現直到上世紀八十年代才真正得到證實。就如同克里克在他的一本書作中所描述的那樣：“從可能正確到很可能正確，我們的 DNA 模型用了超過 25 年的時間來證明自己，但在這之後，它的正確性就得到了公認。”
雖然驗證花的時間很長，但科學研究一向秉持的態度就是非同尋常的主張必須要有非同尋常的證據，只有這樣，才能保證科學大廈的穩固。但隨著 DNA 結構的公佈，科學家們很快就在遺傳學上獲得了進展。到了 1968 年，《科學》雜誌甚至發表了一篇題為“分子生物學即將成為過去時”的文章，它提出了一個讓人難以置信但聽上去也有點道理的觀點——遺傳學的研究工作已經接近尾聲了。
這個觀點顯然是生物學家們自大了，新的研究工作事實上才剛開始。即使是現在，關於 DNA，我們瞭解的也不是很多，特別是 DNA 中有很大一部分看起來一點用都沒有，這一點太讓我們摸不著頭腦了。97% 的 DNA 似乎沒有什麼特別的用處，只是一段很長的毫無意義的亂碼，生物化學家喜歡稱之為“垃圾”或“非編碼 DNA”。你只有沿著每一條鏈，才能不時在這裡或那裡發現控制和組織重要功能的部分，這就是奇怪的、一直讓人難以捉摸的基因。在《科學》雜誌 2018 年創刊 125 週年之際，公佈了 125 個最具挑戰性的科學問題，其中第 67 個問題就是 DNA 中的這些垃圾到底有沒有用？
我們把 DNA 長鏈上有確切功能的片段稱為“基因”，更具體一點說，基因就是製造蛋白質的指令。基因發號施令一直是規規矩矩、不厭其煩。從這個意義上來說，基因很像鋼琴的琴鍵，每個琴鍵只能不多不少，發一個音，雖然單調，但職責明確。而如果把基因結合起來，就像你把琴鍵組合起來一樣，就能創造出無限變化的和絃和旋律。繼續打比方就是，如果你組合了所有的琴鍵，就可以創造出偉大的交響樂，就如同把所有基因結合起來，就有了人類基因組。
另一種更常見的理解基因組的方法是把它看成一本身體指令的手冊。這麼想的話，染色體就是這本書的章節，而基因就是製作蛋白質的單獨指令。撰寫指令的單詞是密碼子，組成單詞的字母是鹼基。鹼基就是遺傳密碼的字母。它由四種核苷酸組成，分別是腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶。雖然這四種物質起著重要的作用，但它們的組成卻並不獨特。舉個例子，你知道鳥嘌呤這個名字是怎麼來的嗎？因為鳥嘌呤廣泛存在於鳥糞中。
眾所周知，DNA 分子的形狀就像一個螺旋形的樓梯或扭起來的繩梯，這就是著名的“雙螺旋”結構。這種結構的支柱由一種被稱為脫氧核糖的糖類組成，整個雙螺旋則是由核酸組成，所以 DNA 的學名為“脫氧核糖核酸”。結構裡的梯級由兩個鹼基跨越中間的空間相連而成。它們只能以兩種方式結合：鳥嘌呤總是與胞嘧啶配對，腺嘌呤總是與胸腺嘧啶配對。如果用字母來寫的話，就是G與C配對，A與T配對，這些鹼基的出現順序構成了 DNA 的密碼，人類基因組計劃就是為了破解這些密碼。
DNA 的絕妙之處就在於它的複製方式。當需要生成一個新的 DNA 分子時，兩條單鏈從中間平分開，就像拉開一件夾克的拉鍊，然後每條單鏈都脫落去形成新的組合。由於沿著一條單鏈的每個核苷酸都會與其他特定的核苷酸配對，所以每條單鏈都可以作為創建新匹配鏈的模板。如果你的 DNA 只有一條單鏈，那麼你可以很簡單地通過建立必要的組合來重構另一條與之匹配的單鏈。假設一條單鏈上的最頂層由鳥嘌呤構成，你就知道匹配鏈上的最頂層必須是胞嘧啶。一路往下進行核苷酸的配對，最終你將得到一個新分子的密碼。這就是自然界發生的事情，一眨眼幾秒鐘的功夫就能完成，雖然工程量著實巨大。
大多數時候，我們的 DNA 盡職盡責毫無差池地進行著複製工作，但偶爾，概率大約是百萬分之一，生成的核苷酸放錯了地兒。這種錯誤就是單核苷酸多態性（SNP），生物化學家一般把出錯的核苷酸稱為“Snip”。通常，這些 Snip 深埋在非編碼的 DNA 片段中，身體也察覺不出它出錯了。但身體不時也會對它作出反應。Snip 可能會使你更容易患上某種疾病，不過很公平，它也可能帶來些好處，例如更多的保護性色素 、使生活在高海拔地區的人生成更多的紅細胞等等。日積月累，這些細微的變化會積累起來，個人也好，人群也罷，特徵都會越來越明顯。
在億萬年的演化過程中， DNA 複製的準確度和出錯率會達到一個微妙的平衡，錯誤如果太多，身體將不能運作自如。但如果錯誤太少，人的適應性就會下降。機體在穩定性和創新性上也有著類似的平衡，這種平衡是人類必須的。紅細胞的增加可以幫助高海拔地區的人群呼吸和移動起來更輕鬆，因為紅細胞增多後能攜帶更多的氧氣。但紅細胞增多也會使血液變得粘稠，如果紅細胞加的太多，心臟泵血“就像用泵抽石油”，心臟的負擔一下子就加重了。因此，高海拔地區的人獲得了更高的呼吸效率，但是，付出的代價卻是心臟病風險的增加。達爾文的自然選擇理論，就很好地詮釋了這些。這套理論也能很好地解釋為什麼我們是如此的相似。
你和我的基因有著 0.1% 的差異，這是由 Snip 造成的。現在，你把你的基因和第三個人進行對照，仍然是 99.9% 完全一致，但 Snip 的差異大多是在和我不同的地方。把更多的人拉來進行對比，你會發現更多不同地方的 Snip 差異。我們每一個人的身體裡都有著 32 億個鹼基，所以，準確地說，並不存在一個標準的“人類基因組”，每一個人都有每一個人的基因組。但從宏觀上來看，我們所有人的基因有 99.9% 是相同的。所以，如果盯著基因看，我們每個人都幾乎一模一樣，但如果盯著 Snip 看，那麼我們又可以說，這世界上沒有完全一模一樣的兩個人。哪怕將來克隆人出現了，Snip 也是不可避免的，DNA 在複製的過程中，必然會出錯。
我們現在依然無法解釋為什麼那麼多數量的 DNA 只是漫無目的地存在。這麼說或許會讓人有些不安，但事實卻是生命的目的好像就是為了使 DNA 永存，用生物學家馬特•雷德利的話說，“它們的存在純粹只是因為它們擅長自我複製”。換句話說，你身上大多數的 DNA 不是為了你、而是為了自己而存在。你是對它有益的機器，而不是，它是對你有益的物質。按照道金斯在《自私的基因》中的觀點，生命是因為 DNA 的需要而變成了現在的樣子。
但我總算找到了垃圾 DNA 的一個用處，它可以幫助警察破案。1986 年，生物學家傑弗里斯就幫助警方，利用 DNA 比對技術，主要就是比對了那些垃圾 DNA，成功地給兩起謀殺案的嫌疑人定了罪。
令人意外的是，即使是那些有確定功能的基因，也不全都是對生命的健康成長有益的。也就是說，有時候我們的身體花費了巨大的能量來生成一種毫無益處的蛋白質，這種蛋白質甚至還會對我們造成致命的傷害。我們的身體毫無選擇，只能照做，因為這是基因下達的命令，我們對基因從來就是言聽計從。總之就目前的發現而言，將近一半的人類基因除了複製自己無所事事，這個比例是所有生物中最高的。
所有生物在某種意義上都是他們基因的奴隸。這就是為什麼三文魚、蜘蛛以及其他不計其數的生物做好了在交配中死亡的準備。繁殖後代和傳遞基因的慾望是大自然中最強烈的衝動。從進化的角度來看，性滿足是一種獎勵機制，鼓勵我們向後代傳遞基因。
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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