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双螺旋 詹姆斯·沃森着

_2 詹姆斯·沃森(美)
尽管如此,当我宣读赫尔希的长信时,四百多位与会的细菌学者几乎没有人感到兴趣。勒夫(Andre Lwoff)、本兹(Seymour Benzer)及斯坦特显然是例外。他们由巴黎到牛津短期逗留。他们知道赫尔希的实验非同小可,并且认识到从那时起大家都会更加重视DNA了。然而,对绝大多数的旁观者来说,赫尔希的名字无足轻重。而且,在知道我是美国人时,大家会从我的蓬乱长发联想到我的科学判断力也可能早同样的荒诞。
英国植物病毒学者鲍登(F.C.Bawden)及皮里(N. W.Pirie)操纵着这次会议。鲍登学识渊博,皮里信奉虚无主义。在这两方面,会议的其它参加者,都望尘莫及。鲍,皮二氏根本不相信噬菌体有尾,TMV具有固定长度这种看法。我企图用施拉姆的实验来给皮里出出难题,他干脆说这些实验应停止进行。这也许是因为施拉姆是纳粹统治下的德国科学家,因此我们没继续争论下去。于是,我转向没有政治成见的问题:许多TMV粒子长度为3000埃是否具有重要的生物意义?答案是简单的。但是这种见解没有引起皮里的兴趣,因为他认为病毒是如此之大,尚难将其结构阐述清楚。
要是勒夫不出席,那么这次会议可能会以失败告终。勒夫颇热衷于研究二价金属离子在噬菌体增殖中的作用。他的想法和我的想法一拍即合,都认为金属离子对核酸结构至关重要。尤其使人感到有趣的是,在精确复制大分于或看两个相似染色体相互吸引中,他预见到某些特定离子可能起关键作用。然而,除非罗西从她完全信赖的X射线衍射技术的立场上来个一百八十度大转弯,否则我们这种设想无法得到检验。
在那次皇家学会会议上没有迹象表明,自从十二月初同克里克和我发生争论以来,金氏学院的任何人曾提到过金属离子。后来我询问了威尔金斯,方才知道自从分子模型的装配架运到他的实验室以来,还没有使用过。现在要强迫罗西和戈斯林建造分子模型也还不是时候。如果说有什么事的话,那就是威尔金斯和罗西之间的口角比他们访问剑桥前有增无减。现在她坚持说她的数据证明DNA不是螺旋。与其说她愿意听任威尔金斯的指挥来制作螺旋模型,还不如说她可能会把铜丝模型缠在威尔金斯的脖子上。
当威尔金斯问我们回到剑桥后是否需要模具时,我们假意回答说需要,同时向他暗示我们需要较多的碳原子,为的是制造模型以表明多肽链是怎样转弯的。使我放心的是威尔金斯对于那些与他们金氏学院无关的事,总是开诚布公的。他觉得我正在认真地从事TMV的X射线研究工作,这使他确信我不会很快对DNA发生兴趣。
18
威尔金斯深信,我很快就会得到所需的X射线图谱,证明TMV是一种螺旋。卡文迪什实验室刚安装好一台大功率可旋正极X射线管。我使用这台仪器获得了意外成功的结果。这种先进设备使我拍片的速度比使用普通设备快二十倍。因此,一星期内我拍摄TMV照片的数量成倍增长。
卡文迪什实验室通常晚上十点钟锁门。看门人就住在隔壁,但锁门以后,就没人再去打搅他了。户瑟福不主张学生开夜车。他认为在夏季傍晚打打网球倒更合适些。即便在他去世十五年后,为那些加班加点的人也只准备了一把钥匙。这把钥匙现由赫克斯利掌管。他坚持说肌肉纤维是活的,因此不能按照物理学家的常规办事。必要时,他会把钥匙借给我或亲自走下楼来,帮我打开那扇通向富丽斯库街(Free SchoolLane)的沉重大门。
仲夏六月的一个深夜,赫克斯利不在实验室。我回去关掉X光管并且冲洗了一张TMV新样品的照片。这张照片是将样品倾斜25度左右拍摄的。如果走运的话,我就可能发现螺旋反射。我把还潮湿的底片对着映片灯一看,就知道我们成功了。那些显示螺旋状的图迹是不会弄错的。现在找可以使卢里亚和德尔布吕克相信,我在剑桥并不是一事无成的。尽管已是午夜时分,我却丝毫不想回到网球场路我的房间。我兴致勃勃地沿着后街徘徊了一个多小时。
第二大早晨,我焦急地等待着克里克的到来,以便请他证实底片中确实有螺旋存在。他只化了十秒钟,就指出了那意义重大的螺旋反射,这样我的一切疑虑也就不复存在了。可是我还想跟克里克开个玩笑,使他相信这张X射线图片实际上并不十分重要,真正有举足轻重意义的倒是必须搞清楚那些微小间隙。我刚随便他说出这些恬,克里克就当真的了。他总是那样心直口快,并且认为我也同他一样,有啥说啥。在剑桥的辩论中要想取胜,常常得说些荒谬的话来哗众取宠,可克里克用不着来这一套。即使在气氛沉静的剑桥夜晚,谈论一、二分钟外国姑娘这一迷人的话题,称得上是一帖提神良药。
我们下一步该干些什么,当然是再清楚不过的事了。我知道对TMV的研究,在短期内不会再有什么突破。为了进一步详尽地了解它的结构,需要更加专门的知识,而这是我力不能及的。更何况就算竭尽全力,能否在几年内搞清RNA的结构,还很难说。而TMV对于DNA结构的研究也不会起多大作用。
因此,现在还是应该认真考虑一下DNA的那些奇妙的化学特征。这是奥地利出生的生物化学家查戈夫(Erwin Chargaff)在哥伦比亚大学首次发现的。二次大战以来,查戈夫和他的学生们一直致力于分析各种DNA样品,研究其嘌呤和嘧啶碱基的相对比例。在他们测定的所有DNA样品中,腺嘌呤(A)分子的数目和胸腺嘧啶(T)分子的数目非常相似,而鸟嘌呤(G)分子数和胞嘧啶(C)分子数又极其接近。并且,腺嘌呤与胸腺嘧啶的比例又因不同的生物来源而有所不同。某些生物体的DNA具有较多的(A-T)而另一些则具有较多的(G-C)查戈夫认为这引人注目的现象具有重大意义。这就是著名的查戈夫规律。可他当时并没有对此做出解释。我第一次向克里克介绍这一规律时,他置若罔闻,继续思考着其它的问题。
时隔不久,在和一位年轻理论化学家格里菲思(JohnGriffith)交谈几次以后,他又觉得这种规律可能具有重要的意义。一天晚上,听了天文学家戈尔德(Tommy Gold)作的关于“完善的宇宙法则”的报告后,他们喝啤酒去了。戈尔德能言善辩的口才,使克里克联想到是否也可以提出一个“完善的生物学法则”。他知道格里菲思对基因复制的理论很感兴趣,于是就开门见山地提出所谓完善的生物学法则就是基因的自我复制。换句话说,也就是在细胞分裂和染色体数目倍增时,基因准确复制的能力。格里菲思并没有随声附和他的意见。几个月来,他倒是主张基因复制是在互补表面交替形成的基础上进行的。
其实,格里菲思的这种想法并非新鲜玩艺儿。近三十年来。它一直在那些对基因复制感兴趣的理论遗传学家中间流传着。这种理论认为基因复制需要生成一个补体(负本),其形贸状原体(正本)的表面相吻合,如同一把锁和一把钥匙的关系。在一个新的正本合成时,这个互补的负本就会起到模板的作用。然而有少数遗传学家对此持犹豫态度,缪勒(H. J.Muller)就是一个代表人物。他受某些有名的理论物理学家,尤其是乔丹(Pascual Jordan)的影响较深。这些人认为同类物体相互吸引的力量是存在的。而鲍林却不赞同这种观点。他尤其反对量子力学支持这种理论的说法。二次大战前夕,他曾和德尔布吕克(他使鲍林注意到乔丹的文章)联名给《科学》杂志写了一篇短文,郑重声明量子力学是赞同合成互补体的基因复制机理的。
那天晚上,看来老调重弹并不能使克里克或格里菲思感到怎么满足。他们知道,现在重要的是要搞清楚这种吸引力的实质。克里克固执地认为,问题的答案并不在于特别的氢键。他觉得氢键不能确切他说明具体的专一性,因为化学界的一些朋友曾多次告诉我们,嘌呤和嘧啶碱基中的氢原子,可以无规律地从一处移到另一处,并没有固定的位置。克里克倒是主张DNA的复制与碱基平面之间的特殊吸引力有关。
幸运的是,格里菲思会计算这种引力。如果DNA复制的互补结构的设想是正确的,他大约能够算出不同碱基之间的引力。而且,如果直接复制确实存在,他也能计算出相同碱基之间的吸引力。这样,在分手时,他们都同意由格里菲思先试试这样的计算是否可行。几天后,当他们在卡文迪什茶室的人群中突然相遇时,克里克才知道,一些粗略的计算结果显示,腺嘌呤和胸腺嘧啶的平面应该是粘在一起的。同样的说法也适用于解释鸟嘌呤和胞嘧啶之间的吸引力。
克里克立即就明白了他的意思。如果他没有记错的话,这也就是查戈夫以前指出过的等量碱基对规律。他激动地告诉格里菲思,我最近曾对他嘀咕过查戈夫的一些古怪的实验结果。此刻,他还不能断定螺旋是否也与碱基对有关。但这些资料一经核实,他会立即把结果告诉格里菲思的。
午饭时,我进一步证实了克里克确实弄清了查戈夫的实验结果。他一边在阅读着格里菲思的量子力学论文,但并没有表现出过分的热情。因为,一方面,他知道格里菲思在受到压力时就不想再有力地坚持自己的观点。为了使计算得以进行,必要的时候他也可能忽视了许多可变因素。另一方面,尽管每个碱基都有两个平面,可是没有理由说明为什么只能选择其中的一个。另外,也不能排除查戈夫提出的规律可能与遗传编码有关。特定的核苷酸组必然以某种方式为特定的氨基酸编码。可以设想,腺嘌呤和胸腺嘧啶数量相当,也可能与一种决定碱基排列顺序的尚未发现的规律有关。除此之外,马肯姆断言,如果查戈夫认为鸟嘌呤和胞嘧啶数量相当,他可以同样有把握地否认这种现象。在他看来,查戈夫的实验方法必然过低地测量了胞嘧啶的实际数量。
然而,克里克还不打算抛弃格里菲思的设想。七月初的一天,肯德鲁来到我们的新办公室,对我们说查戈夫最近要到剑桥来呆一个晚上。肯德鲁已为他在彼得豪斯(Peter-house)旅馆安排好了晚餐。肯德鲁邀请我和克里克在晚些时候到他屋里去一起喝几杯。席间,肯德鲁总把话扯离重要的课题,只略微透露了一点克里克和我可能想通过建造模型来探索DNA结构。查戈夫是一位世界闻名的DNA专家。开始时,他对我们这些无名之辈想搞点什么名堂并没有多大兴趣。只是在肯德鲁提到我并不是个一般的美国人时,他才觉得他遇到的可能是个不好对付的人。他瞄了我一下,就更证实了他的感觉是对的。很快,他开始嘲弄起我的发型和口音。既然我来自芝加哥,我的言谈举止只能如此。我彬彬有礼地告诉他,我留长发是为了避免和美国空军人员混淆。当然,我的解释也证明了我在那样的场合下,人情世故还很不成熟。
当克里克不得不承认自己忘记了四个碱基之间的化学差异时,查戈夫对我们的轻视可算到了顶点。只是在克里克提到格里菲思的计算时,气氛才逐渐缓和下来。因为记不清究竟哪种碱基含有氨基,所以,他要求查戈夫写出它们的结构式来,才能定性地描述量子力学理论。克里克后来反驳说,他随时可以查到这些资料。然而,查戈夫仍然不相信我们知道自己在干什么或者怎样达到我们的目的。
不管查戈夫是怎样嘲弄和轻视我们,总得有人去解释他的实验结果。因此,第二天下午,克里克匆匆跑到格里菲思在三一学院的住处,以便弄清碱基对的计算结果。听到里面说“请进”时,他就推开门进去了,却发现格里菲思正和一位姑娘呆在屋里。他马上意识到现在不是谈论学问的时候。他请格里菲思把计算得到的碱基对数据再介绍一遍之后,就自觉没趣地退了出来。他把格里菲思的话记在一个信封上,就离开了。因为我于那天早晨动身前往欧洲大陆去了,克里克只好独个儿到哲学图书馆去查找资料,以消除对查戈夫的结果还存在的一些疑虑。掌握了这两方面的资料之后,他起初还打算第二天再去格里菲思那儿,但转念一想,他觉得格里菲思的兴趣并不在此。,而女人和科学显然不能二者兼顾的。
19
两周后,我和查戈夫在巴黎又见面了。我们俩都在那里出席国际生物化学会议。经过巴黎大学撒尔?瑞琪留(SalleRichelieu)大厅外的庭院时,他略带嘲弄地冷冷一笑,算是和我认识的唯一表示。那天,我老是盯着德尔布吕克。在我离开哥本哈根去剑桥前,他曾为我在加州理工学院生物系找了一个研究员职位,并为我安排了1952年9月开始由小儿麻痹症基金会(Polio Fundation)提供的奖学金。这年三月,我曾给德尔布吕克写信,要求在剑桥再呆一年。他就毫不迟疑答应把我的奖学金转至卡文迪什。德尔布吕克如此令人高兴的爽快,是由于他对按鲍林那种方式进行结构研究是否真有价值,还捉摸不透。
现在我随身带着TMV螺旋的照片。这一回我愈发相信, 德尔布吕克最终会完全理解我为什么如此热爱剑桥。和德尔布吕克短短的一席谈话,并没有看出他的观点有重大改变。我提纲挚领他说明了TMV是如何构成一个整体的,对此他几乎没有发表任何意见。我又急急忙忙地叙述了我们试图通过制作模型研究DNA结构的情况,他还是显得毫不在意。只是在我提到克里克才智超人时,他才有所触动。糟糕的是,后来我把克里克的思想方法和鲍林的等同起来。而在德尔布吕克看来,没有一种化学见解能与遗传杂交相媲美。那天夜里已很晚了,遗传学家伊弗留西(Boris Ephrussi)突然提到我在剑桥的风流韵事,德尔布吕克就非常厌恶地连连摆手。
后来,鲍林突然光临,引起国际生化会议全场轰动。这可能是因为他去伦敦的护照被吊销一事曾被报刊大肆渲染,从而使国务院改变了主意,允许他来炫耀一下α螺旋的。于是,在佩鲁兹演讲的会议上很快为鲍林安排了一个报告。这个消息是在他报告前不久匆匆发出的,可是会场还是被挤得水泄不通,人人都想优先获得新的启示。然而,鲍林的讲演尽是些旧调重弹,只不过略带幽默感罢了。他的话里没有惊人的新见解,也看不出他到底想些什么。尽管如此,除了看过他近来文章的我们寥寥几个以外,全场的人都听得津津有味。演讲结束后,崇拜者蜂拥而上将他团团围住,而我却没有勇气挤到鲍林和他的夫人海伦(Ava Helen)面前,而回到附近的特里亚农(Trianon)旅馆去了。
威尔金斯在外边徘徊着,显得愁眉不展不是滋味。他是赴巴西途中路过巴黎参加会议的。他将在巴西讲授一个月的生物物理学。他出席这次会议使我感到惊愕,因为这与他的性格是格格不入的。他看不惯约两千名碌碌无为的生化学者在灯光昏暗的雕梁画栋的演讲厅进进出出。我们一边聊天,一边走向鹅卵石小路,他问我是否也感到会上某些演讲冗长乏味。象莫诺德(Jacques Monod)和施皮格尔曼(Sol Spiegelman)几位学者,倒是些热情奔放的演说家。但是,一般他说其他的演讲普遍显得枯燥乏味。即使演讲中有点他要归纳整理的新东西,他发觉那些演说也实在难以使他打起精神。
为了使威尔金斯振作起来,我陪他去罗尔蒙寺院(Abbayeat Rovaumont)参加为期一周的噬菌体会议。这个会议是在生化会议以后举行的。因为要去里约热内卢,威尔金斯只能在此呆一个晚上,可他还是愿意同那些做过DNA巧妙的生物实验的人见见面。在开往罗尔蒙的火车上,他脸色苍白,既无心思浏览《泰晤士报》也没兴致听我闲聊噬菌体小组的事。当我们在整修过的希斯特辛(Cistercian)寺院的大房间里安顿好以后,我就去找一些自从离开美国就一直未见过面的朋友叙谈。我以为威尔金斯会来找我,可是后来他连晚饭也没有去吃。于是我就跑到他的房间,打开灯以后竟发现他府卧在床上,头扭向一边避开昏暗的灯光。他说在巴黎吃的东西不易消化、稍有不适,要我不用为他担心。翌日早晨,我收到他的一张便条,上面写着他已康复,但要赶去巴黎的早班车,并就给我添的麻烦表示歉意。
中午时分,勒夫提到鲍林第二天要来这儿呆几个小时。我立即动脑筋想在那天午餐时坐在鲍林旁边。然而他的来访与科学毫不沾边。魏曼(Jeffries Wyman)是美国派驻巴黎的科学专员。也是鲍林的至交。他认为鲍林和海伦会对十三世纪质朴而又富于魅力的建筑物感到兴趣,才安排了他们夫妇到那里观光。上午休会期间,在寻找勒夫时,我看到了魏曼消瘦而富有贵族气质的面庞。鲍林夫妇也在场。他们很快开始和德尔布吕克夫妇交谈起来。在德尔布吕克提到一年后我将去加州理工学院时,我才有机会和鲍林简短地谈了一会。话题一直围绕着我将在帕萨迪纳继续利用X射线研究病毒的可能性,实际上却只字未提DNA。当我把金氏学院拍的X光照片拿出来时,鲍林却认为他的同事们做的关于氨基酸的精确的X射线工作,对我们最终了解核酸是必不可少的。
我和海伦的相处则随便得多。当她知道我明年仍在剑桥时,她对我谈起了她的儿子彼得.鲍林。我知道布喇格已经同意让彼得跟肯德鲁攻读博士学位。尽管他患过长期的单核细胞增多症,他在加州理工学院的学业还算是很差的。但是,肯德鲁并不想拒绝鲍林把儿子放在他身边的愿望,特别在想到彼得和他的金发妹妹时常举办迷人的舞会时,则更希望彼得能和他一道工作。这样,如果林达(Linda)去看望她的哥哥彼得、他们肯定会给剑桥的风光增添色彩。事实上,加州理工学院化学系几乎每个学者梦寐以求的就是娶林达为妻,以此来抬高自己的身价。至于彼得的风流轶事,有许多流言蜚语,传得使人真假难辨。但现在海伦却把彼得说成是一个极好的小伙子。她说,每个人都会象她那样乐于和彼得相处。而我对此却保持沉默,不相信彼得会象林达那样使我们的实验室变得生气蓬勃。在鲍林招呼他们该走的时候,我对海伦说,我一定尽力帮助她儿子适应剑桥研究生的那种受约束的生活。
在德罗思柴尔德(Edmond de Rothschild)男爵夫人的乡村别墅桑.苏西(Sans Souci)举行了一次花园聚会,并以此结束了这次噬菌体会议。参加聚会的衣着对我来说成了大问题。国际生化会议前夕,我在火车车厢里睡觉时,我的行李物品全被偷光了。现在我手头上仅有一些在军用消费合作社买的衣服,这是准备游览意大利阿尔卑斯山时穿的。我曾穿着短裤讲演TMV,觉得这样很舒服。所以法国代表团担心我可能会穿着同样的装束到桑?苏西去。后来,我借来了一套西装,还有领带。穿起来照样使我在那座高大的乡村别墅前下车时,显得潇洒大方。
我和施皮格尔曼径直朝一个手里拿着熏桂鱼和香槟酒的男仆走去。不久,我们就领受到了贵族阶层的社交方式。就在我们离开那里要上汽车前,我溜进一间挂有哈尔斯(Hals)和鲁滨斯(Rubens)的画的客厅。男爵夫人正对几位客人说,象他们这样的贵宾能够光临, 使她感到由衷的高兴。可她对剑桥那位鲁莽英国人决定不来活跃这儿的气氛,深表遗憾。她说的是什么意思,在那一瞬之间曾使我感到迷惑不解。这时,勒夫认为应当告诉男爵夫人,请她谅解一位不修边幅的客人,这个人的脾气有点古怪。这是我后来才知道的。初次和贵族打交道的经验告诉我,如果我和其他人一样穿着打扮的话,就可能不会受到邀请。
20
暑假结束了。我还没有集中精力研究DNA结构,这使克里克感到失望。我把注意力放在性的研究上去了,但不是一种需要受到鼓励的性。当时,大家都觉得细菌交配习惯是一个新鲜的话题——在克里克和奥迪尔那帮人中没有任何人能想到细菌还会有性生活。至于细菌怎样进行交配这类问题,最好留给小人物去研究。在罗尔蒙会议期间,就流传着细菌分雌雄性别的说法。但是直到九月初:我在帕兰扎(Pallanza)参加一个关于微生物遗传小型会议时,才通过可靠渠道得悉这方面的实际情况。会上斯佛扎(Cavalli-Sforza)和海斯(Bill Hayes)介绍了他们的实验结果。他们和利德伯格(Joshua Lederberg)一起,用实验证实了细菌具有两种不同的性别。
在三天会议期间,海斯一鸣惊人,爆了个大冷门。在他做报告前,除了斯佛扎,谁也不知道世上还有这么一个人。可是,他刚作完那篇措词谦虚的报告,会场的听众都意识到,利德伯格的实验室里发生了一件惊天动地的事情。1946年,年仅20岁的利德伯格由于宣布细菌交配并证实了遗传重组,一举轰动了整个生物学界。从那时起,他进行了无数次奇妙的实验、结果,除斯佛扎外,再没有什么人敢于从事这方面的研究。凡是听过利德伯格那些拉伯雷式演说——他一开口就滔滔不绝,不是三个钟点就是五个钟点——的人,都知道他是个夸夸其谈,无所顾忌的人。非但如此,还有一种超人的本领,这几年竟然法螺越吹越大,颇有誉满天下之势。
尽管利德伯格有着非凡的头脑,细菌遗传学却是一年比一年混乱。只有利德伯格本人对他那些玄妙莫测的近作自我陶醉。偶尔我想看上一篇,可总是不忍卒读,只好改日再说。发现细菌具有性别之差,细菌的遗传分析也就可能很快变成轻而易举的事。这一点本是不难理解的。但是同斯佛扎谈了几次之后,我才稍有所闻,利德伯格并不愿意把事情想得那么简单。他依然偏爱正统的遗传假设;尽管根据这种假设而作出的分析非常复杂,他仍认为雄性和雌性细菌提供了数量相等的遗传物质。与此相反,海斯的推论,其基础却是这样一种听上去好似有点武断的假设:只有部分雄性染色体物质进入雌性细胞。倘若这个假设能够成立,进一步的推论肯定就会简单多了。
我一回到剑桥,就抄近路赶到图书馆。那里有一本杂志刊载着利德伯格近来研究结果的文章。使我高兴的是,我弄懂了以前几乎所有迷惑不解的遗传杂交问题。可是有些交配依然令人费解。尽管如此,一旦将这些大量资料理出一个头绪之后,我开始相信我们的路子是对头的。特别使人宽慰的是,利德伯格可能会拘泥于正统的思想方法,而我则有可能取而代之,完成一顶令人难以置信的事业——那就是对他的实验结果作出正确的解释。
我想把利德伯格的实验奥秘搞个水落石出,使克里克打了一个寒颤。他觉得发现细菌有雌雄性别之分虽然是件有趣的事,但并不值得大惊小怪。几乎整个夏天,他为他的博士论文收集了一些迂腐的资料。现在,他又醉心于思考其他一些重要的问题。究竟细菌有一个、两个或是三个染色体,在这个问题上纠缠不清对我们研究DNA结构毫无益处,只要我留心DNA结构的有关文献,我们想得到的东西就可能在茶余饭后的谈话中突然出现。要是我转向纯生物学的研究,那么我们稍稍领先于鲍林的优势就会顷刻之间消失殆尽。
那时,克里克仍然固执地认为查戈夫规律是真正的关键。在我去阿尔卑斯山时,他曾花了两个星期的时间,想通过实验来证明腺瞟呤与胸腺嘧啶以及鸟嘌呤与胞嘧啶在水溶液中相互之间存在的吸引力。然而他的努力毫无结果。另外,他同格里菲思根本就话不投机。他俩的想法总是那样格格不入。就是在克里克向他详细叙述某些假设的优点后,也常常出现令人难堪的冷场。然而,没有理由不把腺嘌呤和胸腺嘧啶以及鸟嘌呤和胞嘧啶之间相互吸引这一现象告诉威尔金斯。因为克里克十月下旬要去伦敦,他就给威尔金斯写了封信,说他要到金氏学院去看一下。威尔金斯写了一封热情洋溢的回信,说到时候要请克里克同他一起吃午饭。这样,克里克也就期望着能就DNA结构问题同威尔金斯进行一次实质性的讨论。
可是午餐时,威尔金斯却圆滑地谈论起蛋白质来了,故意显出一副对DNA不太感兴趣的神情。午餐的大部分时间就这样消磨掉了。接着他又把话题扯到罗西身上,唠唠叨叨地说她缺乏合作精神。与此同时,克里克心里一直牵挂着的却是别的有趣的问题。直到吃完午饭时,他才想起两点半还有个约会,于是便匆匆离开了。他急促地离开大楼,到了大街上。这时,他才想到还没有把格里菲思的计算结果与查戈夫的实验资料相吻合一事告诉威尔金斯。可是再回去未免有点尴尬,他还是走了。他在当夭晚上就回到了剑桥。次日早晨,克里克对我说昨天午餐时的讨论徒劳无益。但是,他还准备同威尔金斯再次讨论DNA结构问题。
第二次关于DNA结构的讨论对我也是毫无意义的。没有什么新的发现能够补救我们去年冬天的失败。圣诞节前,在含有DNA的噬菌体T4的二价金属离子含量方面,我们倒还可能得到点新的结果。如果含量较高,就能有力地说明Mg++是和DNA结合的。有了这方面的证据,至少我或许能迫使金氏学院的研究小组去分析他们的DNA样品。可是,要想很快就拿到过硬的数据,希望仍然渺茫。首先,马勒的同事杰尼(Nils Jerne)得从哥本哈根寄来噬菌体。此外,我还得去安排准确地测量二价金属离子和DNA的含量。最后,还必须推动罗西参加此项工作。
幸运的是,在研究DNA结构的竞争中,鲍林看来还不致于构成迫在眉睫的威胁。彼德带来的内部消息可以说明这一点。他说他父亲正热衷于研究头发蛋白即角蛋白α螺旋问题。对克里克来说这并不是什么好消息。为了考虑α螺旋如何在超螺旋中盘绕,在几乎一年时间里,他时而兴奋,时而烦恼。糟糕的是,他的数学根本就没有过关。在遇到困难时,他就会承认自己的论点之中尚有一个致命的弱点。目前,他正面对这样一种局面,那就是鲍林的解释虽然不怎么高明,但他仍有可能夺取超螺旋问题的冠军。
克里克停止了博士论文的实验工作,以便全力以赴解决超螺旋的方程式问题。终于,他正确地解决了方程式问题,这部分地应归功于克瑞赛的帮助;他正好来剑桥和克里克共度周末。他们给《自然》杂志的信很快就写好了,并交给了布喇格,请他转给那儿的编辑。信中还附了一张便条,希望尽快予以发表。如果告诉编辑说英国人写的某篇文章具有相当水平的话,他们几乎立刻就会发表。也该克里克走运,他的这篇文章即便不能提前,至少也能和鲍林的文章同时发表。
于是,剑桥内外的人们就越加认为克里克是位天才了。然而也有人持不同意见,觉得他不过起了一种可笑的留声机的作用。可是,他判断问题的能力确实明察秋毫。那年初秋,哈克(David Harker)邀请他去布鲁克林(Brooklyn)工作一年。这说明他的名声在与日俱增。哈克已筹集了一百万美元,想解决核糖核酸酶的结构问题,他为此正四处招聘贤才。年薪六千美元,在奥迪尔看来已是相当可观的了。可是正如所料,克里克的心情却是非常矛盾的。关于布鲁克林实验室有许多风言风语,也不会是没有原因的。可是,另一方面对他这个从未去过美国的人说来,接受这份工作就意味着能有一个良好的落脚点,以便今后能去参观一些更为理想的地方。而且,如果布喇格知道了这件事,他就会更加赞同佩鲁兹和肯德鲁的要求,即同意克里克写完博士论文以后再继续工作三年。不管怎样,看来明智的作法是暂时接受这个邀请。于是,克里克于十月中旬给哈克写了封回信,答应明年秋天去布鲁克林。
秋去冬来,细菌交配问题把我迷住了。我常去伦敦,在哈默史密斯(Hammersmith)医院的实验室和海斯交谈。有几次黄昏时分,在回剑桥的路上,我把威尔金斯拉去一起去吃晚饭,这时,DNA结构问题又浮现在我的脑海里。有几个下午,威尔金斯常常悄悄溜出去。实验室的人还以为他可能有了一位女朋友。后来终于真相大白,原来他是在午后到体育馆里练习击剑去了。
他和罗西的关系仍同往常一样糟糕。威尔金斯刚从巴西回来,就得到了一种肯定没错的印象:罗西认为难以再同威尔金斯合作下去。为了缓和矛盾,他换了一项工作,即采用干涉显微镜来探索测量染色体的方法。给罗西重新安排工作的事已经告诉了他的上司兰德尔,可是,要解决问题最快也得等上一年。单单因为她的尖刻而立即解雇她是行不通的。况且,这时罗西的X射线照片也拍得越来越出色了。不过,仍然没有迹象表明她对螺旋的兴趣有所增长。另外,罗西认为有证据说明糖和磷酸骨架是在分子的外部。判断这一论点是否有科学根据还是不容易的。当克里克和我尚未掌握实验数据时,最好还是虚心一点。于是,我又把精力集中到细菌性别的研究上去了。
21
这时,我住在克莱尔(c1are)学院。我一到卡文迪什,佩鲁兹就把我当作研究生塞进了克莱尔。要我再拿个博士学位当然是件荒唐事。可是有了这个借口,我才能在学院有个栖身之地。这一安排,使我感到既诧异又高兴。这不仅是因为它位于剑桥,院内有个精致的花园,而且它为美国人想得特别周到。这是我以后才知道的。
原来安排我去克莱尔学院之前,我差一点进入基督(Jesus)学院而无法脱身。当时佩鲁兹和肯德鲁认为我无法等待多久就有可能被一所规模较小的学院接受为研究生。因为相对说来,这类学院的研究生要比声望高的三一学院、国王学院等学院少。于是佩鲁兹去询问物理学家威尔金森(Denis Wilkinson),他所在的这个学院是否有空缺收留学生。他当时是基督学院的成员。次日,威尔金森来告诉我说,基督学院愿意接收我,还说我应约定个时间去了解一下入学手续。
然而,我后来与这个学院的学监谈了一次话,我就决定另找门路了。他们之所以只有为数很少的研究生是与它那令人生畏的名声分不开的。这个学院不收住宿研究生,我要是作为这个学院的一个成员,唯一可以预见的结果就是交付学费,但是为此而破费的博士学位我却是永远也不会得到。而克莱尔学院古典学派的指导教师哈蒙德(Nick Hammond)却为外国研究生们描绘了一幅更为绚丽多彩的前景,说我从第二学年起,就可以搬到该学院居住。此外,我还有可能在克莱尔学院遇到几位美国研究生。
不过,在剑桥的头一年,我和肯德鲁夫妇一块住在网球场路,其实并没有领略到多少学院生活。到克莱尔学院以后,我在餐厅吃了几顿饭,才发现几乎每天晚上供应的都是一些难以下咽的褐色浆汤,多筋的肉丁和味重的腊肠一类的食物。把这份饭菜强咽下肚要十到十二分钟,在此期间,整个餐厅里几乎很难和谁会面交谈。在剑桥的第二年,当我迁入克莱尔学院纪念广场的R号楼梯间宿舍时,我仍不愿在学院吃饭。惠姆(whim)饭店早餐营业时间要比学院食堂晚得多。只需化上三先令六辨士,我就能拣上一个还算暖和的座位阅读《泰晤士报》。而这时,往往有许多戴着平顶帽的三一学院学生,也在那里随便翻阅《每日电讯》或《新闻年鉴》。
在镇上吃一顿称心的晚餐可就更加麻烦了。只是在特殊情况下,我才去阿茨(Asts)或巴斯(Bath)旅馆就餐。如果奥迪尔或伊丽莎白?肯德鲁不邀请我去吃晚饭,我只好去当地印度人或塞浦路斯人经营的饭店, 吞下他们给我端上来的好似毒药般的饭菜。
到了十一月初,我的肠胃终于无法忍耐,几乎每晚都要剧烈地疼痛起来。用发酵苏打和牛奶交替治疗也无济于事。尽管伊丽莎白安慰我说没什么大不了的事,我还是到阴冷的三圣街当地一家私人诊所去看看病。我欣赏了一会儿诊所内墙上挂着的器官模型,接着就被一张开有一种饭后服用的白色药水的处方打发走了。我差不多服用了两个星期,药水服完后,我怕自己患了胃溃疡,于是又去那家诊所。可是,我这么一个外国人持久的胃痛并没有博得医生的同情,结果只好再次带着同样的处方去三圣街配那种白色的药水。
前不久,克里克夫妇的住处已从“碧斋”迁到了“葡萄牙地”(portugal place)附近一处较大的寓所。底下几层那些令人沉闷的墙纸已经剥落。一天晚上,我来到他们新购置的那幢房子里,希望和奥迪尔聊聊天来减轻我的胃痛。奥迪尔正在为一个房间赶制帘子。这个房间很大,可以隔出一个浴室,她给我端来一杯热牛奶。起先,我们谈起彼得如何垂青于佩鲁兹的女管家——一个名叫尼娜(Nina)的丹麦姑娘的趣闻,接着又扯到了我如何才能和在斯克鲁普巷八号开高级旅馆的那位普莱尔(Camille Prior)老妈拉上关系的事。其实,她那儿的伙食并不比学院食堂的好多少,可是那些来剑桥进修英语的法国姑娘却又是另外一回事。
在“老妈”那儿吃晚饭的要求是不能直截了当地提出的,奥迪尔和克里克都认为要想在她那里谋一席之地最好的借口是提出跟她学习法语。她过世的丈夫在战前一直是法语教授。要是她对我中意的话,她就可能邀请我去参加一次酒会,并同那些法国姑娘们见见面。奥迪尔答应替我打电话联系,看是否可以安排我去学习法语。我骑车回学院的路上,满心希望我的胃痛从此会好起来。
回到卧室后,我知道上床之前,这房间是不会暖和的,就点起了火炉。我的手冻得捏不住笔,只得挤在壁炉边上取暖;幻想着怎样才能把几条DNA链以一种完美而又科学的方式折叠在一起。但是,没有多久,我就不想在分子水平上打圈子了。我想做点省力的事。于是,我就阅读起有关DNA、RM和蛋白质合成之间相互关系的生化方面的文章来了。
实际上,当时所有的证据都使我相信,DNA是一个模板,RNA链就是在它上面合成的。而RNA链又可能作为合成蛋白质的模板的理想候补者。另外,利用海胆作实验也得到一些含糊的资料,据说DNA可以转化为RNA。可是我却宁愿相信另外一些实验。这些实验证眀DNA分子一旦合成,则是非常稳定的。基因永存的想法听来似乎有理。因此,我在书桌上方的墙上贴了一幅条幅,上面书写着“DNA->RNA->蛋白质”。在这里,箭头并不表示化学转化,而只表明遗传信息从DNA、分子的核苷酸顺序流向蛋白质分子的氨基酸顺序。
我进入睡梦的时候,沾沾自喜地觉得已搞清了核酸和蛋白质合成之间的关系。可是起床穿衣时,一阵寒冷袭来又使我头脑清醒过来。标语式的口号不能替代DNA结构。我们要是解决不了DNA结构,在附近的一家小酒店里遇到的那些生化学家们就会认为,克里克和我永远不可能懂得生物学复杂性的根本意义。更加糟糕的是,尽管克里克不再考虑蛋白质超螺旋结构了,我也不再研究细菌遗传学了,我们仍然在一年以前的原地踏步不前。在伊尔饭店吃饭时,大家都绝口不谈DNA问题,只是饭后在后院散步时我们还偶尔提到基因问题。
有几次散步时又谈到了DNA,我们的热情又高涨起来。一回到办公室,我们竞又忍不住地摆弄起模型来。但是克里克几乎立刻发现,曾经引起我们一线希望的那种推论其实仍旧无济于事。他于是又回过头去钻研血红蛋白质X射线的图谱,因为他的博士论文是离不开这些图谱的。我独自常常坚持工作半小时或更长的时间,但没有克里克喋喋不休的议论和鼓励,我显然是不能解决DNA的三维结构问题的。
鉴于上述情况,我和当时住在彼得豪斯宿舍的肯德鲁的研究生彼得合用一间办公室,也就并不感到有什么不愉快的。当研究工作不得进展时,有彼得在场,我们也就能够对英国、欧洲大陆和加州的女孩子的操行大加评论,进行一番比较。十二月中旬的一个下午,彼得悠然走进办公室,他脚搁在桌子上,脸上竟流露出一种和他那张动人的脸庞一点也不相称的龇牙咧嘴的笑容。他手里拿着一封美国来信,这封信是在他回彼得豪斯吃午饭的路上收到的。
信是他父亲写的,除写了一些家庭琐事外,信中有一条是我们长期以来害怕听到的消息。那就是鲍林已经搞出了一种DNA结构。至于详细情况,信中却一点也没透露;因此这封信在我和克里克手中传来传去的时候,我们越看越泄劲。克里克在房间里自言自语地走来走去,希望凭借着一种智慧的灵感,把鲍林已经完成的事情一一想象出来。鲍林并没有把他的结果告诉我们。这样,要是我们和他同时宣布发现了DNA结构,我们也就可以和他享受同样的荣誉。
可是,一直到我们上楼吃点心,告诉了佩鲁兹和肯德鲁这一消息时,我们依然是一无所获。布喇格也来呆了一会儿。我们谁也不想出“风头”,告诉他英国实验室可能又要在美国人面前丢脸了。我们嚼着巧克力饼干,肯德鲁还想给我们鼓气,说鲍林的发现也有可能是错误的,因为他毕竟没有看见过威尔金斯和罗西的X射线照片。但是我们内心里却有一种感觉,事情恐怕正好相反。
22
圣诞节前,从帕萨迪纳没有传来什么新的消息。如果鲍林确实找到了令人振奋的答案,那就不可能长期保守秘密。他的研究生中总有人知道他搞的模型是个什么样子。如果他的模型有重要生物学意义的话,消息很快就会传到我们这里。就算鲍林的模型在某些方面与DNA的正确结构非常相似,但在探索基因复制的奥秘方面,看来他仍处于劣势,因此,我们又逐渐地振作起来。此外,我们对DNA的化学性质研究得越多,就越发不相信象鲍林这样一个对金氏学院研究小组的工作一无所知的人,居然能够攻克DNA结构这一难题。
我经伦敦去瑞士,准备到那里滑雪度过圣诞节的假期。这时,威尔金斯听说鲍林正在他的牧场上消闲。我原来指望鲍林全力研究DNA,会使威尔金斯产生一种紧迫感,从而向克里克和我求援。但是,即使威尔金斯担心鲍林可能夺走诺贝尔奖金,他至少表面上并无丝毫的流露。更为重要的一件事情是,罗西在金氏学院的日子已经屈指可数。她已经告诉威尔金斯,想在不久就转到伯克贝克学院贝纳尔实验室去。然而,使威尔金斯惊喜交集的,还是罗西表示她将不再把DNA作为自己的研究课题。她在这儿的最后几个月里,想把她目己的研究成果整理成文,以供发表。这样,由于罗西不再碍手碍脚,威尔金斯就能全力以赴地对DNA结构进行研究了。
一月中旬,我回到剑桥后就马上找到彼得,间他最近的家信中都讲了些什么。他说,信中除了有一则关于DNA的简略消息以外,其余都是一些家庭琐事。这仅有的一条消息并不能使人放心。实际上,鲍林的一份有关DNA结构的手稿已经完成,不久就会将副本寄给彼得。不过,他的模型究竟是什么样子,至今一点也没有透露出来。在等待这份手稿的日子里,为了松弛一下神经,我着手起草了一篇有关细菌性行为的文章。我在瑞士策尔马特(Zermatt)滑雪度假后,曾对住在米兰的斯佛扎进行过短暂的拜访。这次访问使我相信,我关于细菌如何交配的推测看来是正确的。我怕利德伯格也会很快发现这种现象,于是就想和海斯联名发表文章,尽快把这一事实报道出去。可是在二月份的头一个星期,我们的手稿还没有定稿,鲍林关于DNA结构的文章却已经寄到了大西洋彼岸。
确切他说,两个副本是寄到剑桥的,一份是寄给了布喇格爵土,另一份寄给了彼得。布喇格收到后,即把它搁置一旁。他并不知道彼得也有一本,所以,他拿不定主意,是否要将他收到的手稿送到佩鲁兹的办公室去。如果送去,克里克肯定会看见,那他准会又要去干他的那些白费力气的工作。根据现在的日程计算,如果克里克的论文能按期完成,那么布喇格忍受他的笑声只不过剩下八个多月的时间了。然后,克里克将远在布鲁克林工作,他就会有一年时间的绝对安宁。
就在布喇格爵士考虑是否应该去冒此风险,惹得克里克不安心他的论文工作时,我和克里克却在仔细研究着彼得午饭后拿来的那份副本。彼得进门时,脸上流露出有要事相告的神色。我的心一沉,唯恐他会告诉我们说一切都完了。他见我俩都显得急不可待,就马上告诉我们:那个模型是一个糖和磷酸骨架为中心的三条链的螺旋。听他这么一说,我不禁觉得这个模型和我们去年中断那个如此相象,要不是布喇格爵士阻拦的话,也许我们早就因此项伟大发现而扬名天下了。没等克里克提出想看看那个副本,我就抢先从彼得的外衣口袋里把它抽了出来,急切地翻阅起来。摘要和前言我是一瞥而过,目光随即就停留在那些显示基本原子位置的图表上了。
我很快就觉察到他的模型有点不对头,可又指不出错在哪里。我又仔细地把示意图研究了一番,才恍然大悟。原来鲍林的模型里的磷酸基团没有离子化,而每一个羟基都含有一个相连的氢原子,因此就没有净电荷。从某种意义上来说,鲍林的核酸根本就不是一种酸。而且,不带电荷的磷酸也不是无足轻重的偶然现象。模型中三条相互盘绕的多核苷酸链是由氢键相连的,而氢则是氢键的组成部分。如果没有氢原子,多核苷酸链就会立刻松散开来,结构也就不复存在了。
我的核酸化学知识表明,磷酸基团决不会含有相连的氢 原子。迄今为止,对DNA是一种中等强度的酸的说法,没有人表示过疑问。因此,在生理条件下,总有些钠和镁之类正电离子中和它们附近带负电的磷酸基团。要是氢原子同磷酸紧密相连的话,那么,我们关于由二价离子把多核苷酸链联在一起的推测就失去了意义。可是鲍林——这位世界上公认的最敏锐的化学家却得出了相反的结论。当克里克也同样对鲍林古怪的化学知识感到惊愕时,我开始松了一口气。那时我知道,鹿死谁手,依然难以逆料。至于鲍林为什么会误入歧途,我们一无所知。假如一个学生犯了同样的错误,人们肯定会认为他根本不配在加州理工学院化学系学习。因此,我们也就不得不担忧起来,鲍林是否对大分子的酸碱性质进行了革命性的重新估价,并据此制作了这样的模型。可是,这篇文章的腔调又与化学理论中这方面的进展背道而驰。对第一流的理论性突破保密是毫无理由的。相反的,要是鲍林真有了这种突破,那他早就该撰写两篇论文了;一篇报道他的新理论,另一篇介绍如何应用这种新理论来解决DNA结构问题的。
"好事不出门,坏事传千里”,这样的谬误要想保密是办不到的。我马上直奔马肯姆的实验室,一方面是要赶快报告这个新闻,另一方面也是想进一步证实鲍林的这个化学理论确实古怪反常。一个大人物居然也会忘记化学基本常识,对此,他和我预料的一样,也感到好笑。他不禁又讲起剑桥另一位显赫学者也同样丢丑的笑话。接着,我又跑到有机化学家那儿,他们告诉我,DNA当然是一种酸,这使我再次感到宽慰。
用茶点时,我回到卡文迪什。克里克正在和肯德鲁及佩鲁兹说话。他说,大西洋这边(英国)的人再也不能浪费时间了。一旦鲍林觉察自己的错误,他是不会轻易罢休的。他一定会重整旗鼓,直到搞出正确的结构为止。目前我们迫切希望的是,鲍林的同事只顾得比以前更加敬佩他的才能,而不去对他的模型细节仔细地进行探讨。鲍林的手稿已经投寄《美国科学院院报》。所以,最迟在三月中旬,鲍林的文章就会在全世界广为流传。因此,他的错误暴露在光天化日之下只不过是个时间问题了。这样,等鲍林回过头来再全力研究DNA结构时,我们已争取到了六个多星期的时间。
按理说这件事应该提醒一下威尔金斯,可是我们没有立刻给他打电话。因为克里克的话讲得太快,在尚未听到鲍林的谬误被彻底揭露,威尔金斯就会中断谈话。既然几天后我要去伦敦会晤海斯,那么由我亲自把文稿带给威尔金斯和罗西,岂不更好!那天连续几小时的紧张情绪,使我们无法继续工作下去,克里克和我于是索性前往伊尔饭店。那儿晚餐刚开始供应,我们就坐下来为鲍林的失败干了几杯。我还一反常态,没有点雪利酒,而是让克里克替我要了杯威士忌。尽管我们成功的希望不大,但鲍林毕竟还没有获得诺贝尔奖金。
23
快到四点了,我走进威尔金斯的实验室,告诉他鲍林的模型原来是个彻头彻尾的错误。这时威尔金斯正在忙碌着。于是,我穿过走廊朝罗西的实验室走去,希望能找到她。实验室的门虚掩着,我推开门迳自走了进去。这时,罗西伏在映片箱上,正在全神贯注地测量放在上面的一张X射线照片。我闯进来吓了她一跳,但马上又镇定下来,她直盯着我,好象在责备我这个不速之客应该讲点礼貌:先敲一下门才对。我连忙对她说威尔金斯正忙得不亦乐乎。没等她出言不逊,我马上又问她愿不愿看看彼得带来的他父亲手稿的副本。我很想试试罗西要花多少时间才能发现其中的错误,可她才不愿和我耍着玩呢。于是,我只得立刻告诉她鲍林的模型在哪儿出了岔子。同时,我不禁讲起鲍林的三链螺旋同我和克里克一年零三个月之前给她看的那个模型是何等相似。鲍林关于对称的推论并不比我们一年前的努力高明多少,起先我还以为这一点会使罗西感到有趣。可是,出乎我的意料,由于我一再提起螺旋结构,她显得非常恼火。她不客气地指出,无论是鲍林或其他什么人,都没有任何根据认为DNA具有螺旋结构。我讲的全是白费口舌。其实我刚一提到螺旋,她就认定鲍林是错了。我打断了她滔滔不绝的高谈阔论。我坚持说,任何有规律的聚合分子,其最简单的形式就是螺旋。我想她可能会反驳我说DNA的碱基顺序就没有规律嘛!我继续强调说,因为DNA分子形成晶体,所以核苷酸顺序决不会影响总的结构。这时,罗西按捺不住胸中怒火,提高嗓门注着我嚷了起来。她说我的话都是无稽之谈,只要闲话少说去看一下她的X射线照片的证据,一切就都明白了。
她不知道我对她的那些资料其实了解得非常清楚。因为早在几个月之前,威尔金斯就把她的所谓“反螺旋”实验结果的详细情况告诉了我。克里克肯定地对我说过,那些结果毫无意义。于是,我决定捅一下她的“马蜂窝”。我毫不迟疑地向她暗示,她根本就没有本领解释她的X射线照片。她只要稍为懂点理论知识,也就能明白,她设想的那些“反螺旋”特性,不过是DNA经过微小变形而产生的;只要有了这种微小变形,有规律的螺旋也就能够纳于晶格之中。
这时,罗西突然从那张把我们分开的工作台后面冲着我走了过来。我怕她在气头上会动手打人,于是赶快抓起鲍林的手稿,向门口溜去。正巧被探头进来找我的威尔金斯挡住了。他们俩相互瞅了一会,又看看我那种有气无力的样子。我结结巴巴地对威尔金斯说,我和罗西的谈话已经结束,而且我在茶室找过他。我一边说着,一边从他们俩当中溜了出来,让威尔金斯和罗西站在那里,面面相觑。处于这样的僵局,我真担心威尔金斯由于不能即刻脱身,他会出于礼貌邀请罗西和我们一块喝茶。可是她却转过身子,砰的一声关上了门。这下子我们倒省事了。
在过道上,我对威尔金斯说,幸亏他及时赶到,否则我可能遭到罗西的突然袭击了。他慢条斯理然而肯定地回答说,这种事完全可能发生。几个月前,罗西也同样对他发过一次脾气。那次在他的房间里辩论时,他们差点动起武来。当他想逃跑时,罗西堵住了门口,直到最后,罗西才算放了他。但是,那一次可没有第三人在场。
同罗西的这次接触使我对威尔金斯有了进一步的了解。现在,我自己的亲身体验足以使我理解他在过去两年里所遭受的精神上的拆磨。他现在完全可以把我当成一个亲密伙伴,而不再觉得只是点头之交。过分的信任只会造成令人头痛的误解。使我吃惊的是他向我透露,他在助手威尔逊(Wils- On)的协助下,一直在悄悄地重复罗西和戈斯林的某些X射线工作。这样,威尔金斯要全面开展研究工作,就不需要很长时间的准备了。而且,他还透露了一个更加重要的秘密:自仲夏以来,罗西就已证实DNA具有一个新三维构型。当DNA分子被大量水包围时就出现这种构型。我问这种结构究竟是什么样子。威尔金斯就从隔壁房间里拿出一张称为“B型”照片的副本给我看。
我一看照片,立刻目瞪口呆,心跳也加快了。无疑,这种图象比以前得到的“A型”要简单得多。而且,只有螺旋结构才会呈现在照片上是那种醒目的交叉形的黑色反射线条。用“A型”来解释螺旋结构得不到满意的答案。而且,究竟存在哪一种螺旋对称,也是含糊不清的。但是,只要稍稍看一下“B型”的X射线照片,就能得到不少有价值的螺旋参数。可以想象,只要简单计算一下,就能确定分子内多核苷酸链的数目了。我追问威尔金斯,他们利用“B型“照片到底做了些什么工作。他告诉我说,他的同事弗雷泽(R.D.B.Fraser)很早就一直在认真地研究三条链的模型,但迄今尚未取得令人满意的成果。威尔金斯也承认有关螺旋的证据现在是无容置疑的——斯托克斯-考基兰-克里克理论明确指出:螺旋肯定是存在的——但这一点对他说来并没有很大的意义。以前他也认为是会出现螺旋的。真正的问题在于还缺少关于螺旋结构的具体设想。一旦有了这种设想,他们就能把碱基有规律地安排在螺旋内部。当然,这也证明罗西把碱基放在中心,而把骨架放在外面的设想是对的。威尔金斯对我说过,在这一点上他深信罗西是正确的。而我仍然对此持怀疑态度,因为我和克里克都还没有看到她的证据。
在去苏号饭店吃晚饭的路上,我又谈起了鲍林的手稿,并且强调说过份嘲笑他的错误是很危险的。最多只能认为鲍林仅仅是犯了错误,而不能认为他象个傻瓜,这样才是一种更加保险的态度。就算他现在尚未发现自己的错误,他很快将会日以继夜地追究起来。如果他再派一个助手拍摄DNA照片。就更危险了。在帕萨迪纳同样会发现DNA的“B型”结构。这样,最迟一个星期,鲍林就会把DNA结构搞出来的。
威尔金斯并不愿为此事过分操心。而我这样唠唠叨叨一再强调DNA结构随时都有可能迎刃而解,倒同克里克前一时期差不多了,以前有度时期,他也曾为此有失常态。多年来,克里克就一直试图告诫威尔金斯什么工作才是重要的。可是,威尔金斯在冷静地回顾了自己的经历后,清楚地知道他凭自己的预感行事是明智的。饭店跑堂弯腰站在威尔金斯身后,等待着我们点菜,威尔金斯这时竭力要我懂得,如果我们对于科学发展的方向都持相同看法的话,那岂不是样样事情都可以迎刃而解了,那时我们也不必再费周折,个个去当工程师和医生也就行了。 上菜以后,我想把话题转到多核苷酸链的数目上来。我认为测量一下位于第一、二层线上的深部反射可能会马上把我们引上正轨。可是,威尔金斯吞吞吐吐的回答根本就文不对题,弄得我不知道他究竟是说金氏学院没有人对这些反射进行过测量,还是他只是想趁热把饭菜咽下肚去。我勉强地吃着饭,心里盘算着等喝完咖啡,陪他回公寓的路上,或许能从他嘴里得到一点详细情况。可是,饭前我们要的那瓶法国白葡萄酒却使我对这些枯燥的事实热情大减。在我们离开苏号饭店穿过牛津大街时,他只对我说,想在某个比较安静的地段找一套不那么幽暗的房间。
然后,我在那阴冷的、几乎没有暖气的车箱里,凭着记忆在报纸的空白边缘上画起“B型”结构图来。我力图在双链和三链模型之间作出选择。目前就我所知,金氏学院小组之所以对双链不感兴趣,原因不是很简单的。这取决于DNA样品的合水量,他们也承认这个数值可能有很大的误差。下了火车,我骑自行车回到学院并且从后门爬了进去。这时,我才决定要制作一个双链模型。克里克也不得不同意。虽然他是个物理学家,他懂得重要的生物体都是成对出现的。
24
第二天,我疾步走进佩鲁兹的办公室,想把我得悉的情况告诉他;正巧布喇格也在那儿。那是个星期六的早晨,克里克还没来,他大概还在床上翻阅早上刚刚收到的那本《自然》杂志呢。我立刻开始讲起“B型”的具体细节来,还画了张简略的草图来说明DNA是一种螺旋。这种螺旋每34埃沿螺旋轴重复一次。布喇格马上打断我的话,提出了一个问题。我知道我的话遇到了知音。于是,我趁热打铁谈起了鲍林的模型。我认为,大西洋这边的人无所事事,让鲍林有机会对DNA结构再作一次尝试,那实在太危险了。我接着提出希望在卡文迪什找一个技工制作嘌呤和嘧啶的模型,然后停了下来,看看布喇格有什么反应。
布喇格爵士不仅没有表示什么异议,反而鼓励我把模型搞下去。这使我松了一口气。显然,他并不赞成金氏学院的内部争吵。尤其是这些争吵发生在鲍林由于发现另一个重要分子的结构而可能洋洋得意的时候。我的关于烟草花叶病毒的研究对我们的工作也颇有益处。这件事情以前曾给布喇格一个印象,以为我那是自行其是。那天晚上,他可以安然睡觉,而不为恶梦所困扰了。以往,他曾梦见克里克由于他的纵容简直发展到了丝毫不顾大局的地步。
于是,我奔下楼去,来到技工间通知他们说我就要设计一些模型。这些模型必须在一周内完成。我刚回到办公室,克里克就漫步走了进来。他对我说,他们昨天的晚餐聚会非常成功。我姐姐带去的那个法国小伙子把奥迪尔搞得神魂颠倒。一个月前,我姐姐伊丽莎白在回美国途中来这里作不定期逗留。很幸运,我把她安顿在凯密丽?普莱尔的旅馆住宿。而我也可以在那儿同“老妈”和她那里的外国姑娘们共进晚餐。这样一来,伊丽莎白也就不必非去住那些典型的英国式宿舍,我的胃病也可望会减轻些,这也可算是一举两得吧。
住在这个旅馆里的还有准备临时呆上几个月进修一下英语的福卡德(Bertrand Fourcade)。即使不能说他是剑桥最漂亮的人,至少也可说是剑桥最漂亮的男人。他也决不会没有意识到自己仪表堂堂,因此,现在来了一位衣着打扮并不比他逊色的年青姑娘,他当然非常欢迎。奥迪尔得知我们认识这位外国美男子时,显得非常高兴。当福卡德在金氏学院广场上漫步,或是在业余戏剧俱乐部演出幕间休息时,他悠闲地站在那里,奥迪尔同许多剑桥女子一样都会死死盯住他不放。于是,我们干脆让伊丽莎白打听一下福卡德是否有空和我们一起在“葡萄牙地"同克里克夫妇一道吃顿便饭。时间终于安排妥了,可是,与我的伦敦之行多少有点冲突。席间,我注视着威尔金斯慢吞吞地用完他的那份饭菜,而奥迪尔却在欣赏福卡德那美如冠玉的面庞。他正在大谈当年夏天在里维埃拉度假时究竟应该去应酬谁才好。
这天早上,克里克发现我对那些法国阔佬没有往常那种兴趣。相反,他曾一度担心我会使人讨厌。这时,克里克已略带醉意。如果我对他说,一位过去研究鸟类的人现在居然也能解决DNA结构,似乎不是对待一个喝醉的朋友的正确态度。可是,当我把“B型”的细节透露给他时,他马上明白我不是在拿他取笑。我坚持认为子午线上3.4埃的反射比其他反射都强,这一点是特别重要的。这一现象只能意味着厚度为3.4埃的嘌呤和嘧啶碱基是堆积在一起的:并且与螺旋轴成垂直方向的。另外,电子显微镜和X射线照片所得到的证明,使我们可以断定螺旋的直径大约为20埃。我认为在生物界频繁出现的配对现象预示着我们应该制作双链模型。可是,克里克却随便怎么也不愿接受我的这个观点。要继续搞下去,照他的意见唯一的途径就是把一切不符合核酸化学常识的观念都统统排除掉。我们掌握的实验证据还不能区分双链和三链模型。所以,他认为对这两种说法都要同样加以考虑。我对此虽然持怀疑态度,但不愿同他争论。我当然是要搞双链模型的。
几天过去了,我们都没有搞出象样的模型来,这不仅是因为我们缺乏嘌呤和嘧啶零件,而且,我们根本就没有一个修配车间能把磷原子装配起来。我们的机械师制作很简单的磷原子至少也要三天时间。于是在午饭后,我回到了克莱尔学院,又仔细推敲那份关于细菌遗传学的手稿。后来,我就骑车去“老妈”旅馆吃晚饭,我看见福卡德和我姐姐正在同彼得谈话。在一周之前,彼得用花言巧语,使“老妈”同意他在那儿吃饭。彼得正在抱怨说,佩鲁兹没有权利在周末晚上把尼娜关在家里。福卡德和伊丽莎白与彼得不同,他俩倒是感到非常得意。他们刚刚乘坐一位朋友的“罗伊斯“牌轿车从贝德福特(Bedford)附近的一幢有名的乡村别墅游玩回来。他们的东道主是一位好古的建筑师。他不喜欢现代文明生活,在他的别墅里一直没有使用煤气和电。这位建筑师挖空心思地把那儿的生活安排得同十八世纪的绅士生活一样。他甚至还为那些陪他在院子里闲逛的客人预备了手杖。
刚吃完晚饭,福卡德就把伊丽莎白带走,去参加另一个聚会,而彼得和我,却一下子不知做什么事是好。我们俩开头想去装配彼得的那台传真性能很高的收音机,后来又一起去看了一场电影。我们一直玩到深夜,这时彼得开始喋喋不休地对我说起,罗思柴尔德男爵不邀请他和他女儿萨拉(Sarah)一起用晚餐,这是逃避作父亲的义务。如果彼得能够跻身上流社会,我说不定也能不必非讨一位大学教师做老婆了。
三天以后,磷原子模型准备就绪了。我把几个短的糖和磷酸骨架很快地串连起来。然后我又花了一天半时间。想搞出一个骨架在中心的双链模型。可是搞来搞去,从立体化学角度看来,所有与“B型”X 射线证据相符的模型,都不比我们在一年零三个月前搞的那个三链模型完善。这时,我看克里克全神贯注地埋头于他的博士论文,我索性和福卡德打了一下午网球。喝过了茶,我回去对克里克说,打网球可比做模型舒服得多啦。克里克还是对这大好春光无动于衷。他放下笔对我说,不光是DNA很重要,而且总有一天我会发现室外运动也有其不足之处。
在“葡萄牙地“吃晚饭时,我回过头来又思考我们的模型究竟错在哪里。尽管我坚持认为应该把骨架放在中心,可是我知道,我的理由没一个是站得住脚的。喝咖啡时,我承认我不愿把碱基放在模型内部的部分原因是,我怀疑这样就可能制造出无数个这种类型的模型来。这样,我们就不可能断定究竟哪一个是正确的。但是,真正的绊脚石还是碱基。如果碱基在外部,我们就不必对它们多加考虑。要是在内部的话,问题就麻烦了。怎样才能把两条或多条多核苷酸链和不规则碱基顺序堆积在一起!在这一点上,克里克不得不承认,他也一筹莫展。从地下餐厅出来时,我隐隐约约提醒克里克,他至少必须提出一个稍微说得通的论点,然后我才会认真对待以碱基为中心的模型。
不过,第二大早晨,我还是拆毁了一个使人讨厌的以骨架为中心的分子模型。这时,我断定花几天时间制作一个骨架在外部的模型并不会有什么害处。这样做就意味着暂时把碱基搁置一旁,不予考虑。但是,不管怎么说,这是必不可免的,因为至少还要一个星期,技工才能把制好的嘌呤和嘧啶的锡板模型交给我们。、要一个外部骨架弄成与X 射线图谱相符的形状不是什么难事。事实上,克里克和我都觉得,两个相连碱基之间的最适旋转角度是30一40度。相反,如果该角度大一倍或小一倍,看来都和有关的键角不相符合。因此,如果骨架在外部,X 射线图谱上每34埃重复一次就表示沿螺旋轴方向完全旋转一周的距离。这时候 ,克里克的劲头又来了,他越来越频繁地停下他的计算,抬头端详一下那台模型。然 而,在周末我们还是毫不犹豫地放下了工作。星期六晚上,我们在三一学院参加了一次晚会。星期天威尔金斯到克里克夫妇家做了一次社交访问。这次访问是在收到鲍林的手稿前几个星期就安排好的。
我们不想让威尔金斯忘掉DNA。他刚从车站来到,克里克就开始向他询问有关“B型”结构的详细情况。可是,直到吃完午饭,克里克打听到的还不如我上星期听到的更详细。甚至当彼得赶到,肯定地说他父亲会立即去搞DNA的,这件事仍然没能改变威尔金斯的计算。他再次强调,在罗西离开之前,就是说六个星期以内,他要把建造模型的大部分工作停下来。克里克趁机询问威尔金斯,如果我们再研究DNA模型,他会不会介意。他缓慢地吐出了一个“不”字,就是说他不介意,这时,我的心才平静下来。其实,就算他介意,我们制 作模型的工作也是肯定要进行的。
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在后来的几天时间里,克里克对我不能专心致志地制作分子模型而感到愈来愈烦恼。虽然在他十点左右进来之前,我已在实验室里,那也无济于事。几乎每天下午,我总在网球场上打球。他知道这一情况,所以常常扭过头来,不满地看看无人过问的多核苷酸模型。茶点以后,我也只在实验室泡上几分钟,随便摆弄一下什么东西,然后就急急忙忙地赶到“老妈”旅馆和女孩子们一起喝雪利酒去了。我才不把克里克的抱怨当回事呢。要是不能正确解决碱基在模型中的位置,而只在糖和磷酸骨架问题上打圈子,就是搞得再好,也不能表示我们的工作有真正的进展。
我仍然把大部分夜晚都消磨在看电影上,幻想着答案说不定在什么时候突然出现在我的脑子里。然而,对电影的过分着迷也会产生副作用。
就是在看好的电影时,我也忘不了DNA的碱基。然而,我也常常想到,从立体化学的角度看,我们毕竟为糖和磷酸骨架提出了一个合理的构型。同时,也不用再担心这会和实验数据不一致了。我们用罗西的精确测量法对它进行过检验。当然,罗西并没有直接把她的数据交给我们。正因为这样,金氏学院才没人想到我们会掌握这些资料。原来医学研究委员会为了调查兰德尔实验室的研究工作与生物物理研究工作的协调情况,而指定成立了一个委员会。由于佩鲁兹是这个委员会的成员,我们才获得了这些资料。兰德尔想让外界知道他有一个卓有成效的研究班子。他指示他的助手们对工作进行了一次全面的总结。在适当的时候,这些材料油印了出来,并按惯例发给委员会的每个成员。这份报告不是机密的,因此佩鲁兹觉得没有理由不能把它送给克里克和我看看。克里克匆匆地浏览了这篇报告。他感到放心的是这份报告证实了我从金氏学院返回后,准确地向他报告了“B型”的基本特点。根据这份资料,对我们的骨架结构只要稍微作些细小的改动就可以了。一般说来,我总是在深夜回到房间后,才尽力开动脑筋,去揭开碱基问题的奥秘。在戴维逊(J.N. Davidson)写的那本小册子《核酸的生物化学》里,就有碱基的分子式。我在克莱尔就有这本书。所以,我敢断定我在卡文迪什的便笺纸上画的那些碱基图是正确的。我想把那些位于中心的碱基安排在这样一种位置上,使得外边的骨架完全是规则的。当然,这得首先假定每个核苷酸的糖和磷酸基团都有完全相同的三维结构。但是,每当想找出一个答案的时候,我总是碰到这个障碍;我发现四个碱基都有完全不同的形状。而且,我还完全有理由相信,特定的多核苷酸链的碱基顺序是很不规则的。这样,除非有什么特别的诀窍,否则,随便地把两条核苷酸链绕在一起,只能导致混乱。在某些部位,那些大的碱基应该互相靠在一起,而在另一些部位,彼此对称的一些小的碱基之间必定会留有空隙,否则,它们的骨架就要凹陷变形。
怎样才能用碱基之间的氢键把交织的多核苷酸链联结在一起,也是一个令人头痛的问题。一年多以来,克里克和我否定了碱基可能构成规则的氢键。可是现在问题很清楚,我们完全错了。碱基上的一个或几个氢原子可以从某个位置移到另一个位置。最初我们认为这种现象(互变异构)表明,一个碱基所有可能的互变异构体的频率是均等的。最近,我又阅读了戈兰德(J.M. Gulland)和乔丹(D.O.Jordan)关于DNA酸碱滴定的文章,使我非常信服他们那有力的结论:即如果不是全部,至少大部分碱基能够形成与其他碱基相连的氢键。更重要的是,在很低浓度的DNA中,这些氢键依然存在。这充分说明,就是这些氢键把同一个分子中的碱基联接在一起。此外,x 射线的实验结果也指出,至今研究过的碱基都能构成在立体化学范围内尽可能多的不规则氢键。这样,问题的关键显然就在于支配碱基之间氢键的规律上了。
我看电影也好,不 看也罢,我漫不经心地画出来的碱基图,起初对于解决氢键问题毫无帮助。即使把“狂欢”这个字眼从脑子里完全清除了出去,也没能使我对氢键得出一个合理的结论。在我入睡的时候,正是盼望着第二天下午在唐宁街举行的大学联欢会上,能有许多漂亮姑娘。可是第二天一早我赶到会场,看到一队健壮的曲棍球队员和一群初出茅庐的拘谨少女,就感到大失所望。福卡德也立即发觉这儿不是他久留之地。为了礼貌,我们还是在那几呆了一会儿。这时,我告诉他,我怎样正在和彼得的父亲竞赛,争夺诺贝尔奖金。
几天后,大约是下星期三的光景,有一次我在纸上画腺嘌呤的结构式时,居然茅塞顿开,受到了一个颇为重要的启示。我忽然想到在DNA结构中,腺嘌呤残基之间形成的氢键和在纯腺凛呤结晶中的氢键是相似的。这可能具有深远的意义。如果DNA确是这样的话,一个腺嘌呤残基和与它成一百八十度旋转的有关腺嘌呤残基之间可以形成两个氢键。而更为重要的是,同样两个对称氢键也可以把一对鸟嘌呤,一对胞嘧啶或一对胸腺嘧啶联结起来。于是,我开始想,每个DNA分子是否都是由相同碱基顺序的双链构成的;而这两条链又是通过相同碱基对之间的氢键联在一起的。麻烦的是,这样的结构不可能有一个规则的骨架,因为嘌呤(腺嘌呤和鸟嘌呤)和嘧啶(胸腺嘧啶和胞嘧啶)形状不同,这个结构的骨架会由于这些嘌呤对或嘧啶对在中心交替出现,而显示凸出或凹进的形状。
尽管骨架不规则的问题仍未解决,我的心却砰砰地乱跳起来。如果这就是DNA的结构,我会因这个发现而一鸣惊人。两条碱基顺序相同并相互缠绕在一起的多核苷酸链存在于生物体内,不可能是一种偶然现象。相反,这倒有力他说明在某个早期阶段, DNA分子的一条链在另一条链合成时起到模板作用。按照这种说法,基因复制起始于它的两条相同链的分离。然后,在两条亲代模板上便产生出两条新的子代链,于是就合成了两个和原来分子一样的DNA分子。由此看来,基因复制的关键可能在于新合成的链中每个碱基总是通过氢键和一个相同的碱基相联。可是,那天晚上,我还弄不明白,为什么鸟嘌呤通常的互变异构体不能同腺嘌呤形成氢键。同样,其它一些错误配对也会发生。但既然没有理由排除某些专一性酶的作用,我也用不着过分地为此焦虑不安。譬如,可能存在着一种对腺嘌呤有专一作用的酶,它把腺嘌呤总是嵌在与模板链上腺嘌呤残基相对应的位置上。
时钟敲过十二点以后,我感到心情越来越愉快。我想到过去很长一段时间,克里克和我曾经担心表面上看来DNA结构可能是枯燥无味的。既不能说明它的复制机理,也不能说明它控制细胞的生物化学功能。但现在使我惊喜交加的是这个问题的答案看来竟是如此饶有趣味。有两个多小时,我躺在床上,闭着眼睛兴奋得彻夜难眠,成对的腺嘌呤幻影在我眼前翩翩飞舞。仅偶有几次,我担忧这绝妙的幻想是否会出差错。
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然而好景不长,到第二天中午,我的黄粱美梦就烟消云散了。我选择的鸟嘌呤和胸腺嘧啶的互变异构形式是错误的,这个事实又使我陷于窘境。在我发现这个不幸事实之前,我在惠姆匆匆地吃完了早餐,然后立即回到克莱尔学院,给德尔布吕克写了封回信。他在来信中曾告诉我,在加州理工学院的遗传学家看来,我的那篇细菌遗传学的文稿似乎有不妥之处。但尽管如此,他仍同意我的要求,把文稿寄给了《美国科学院院报》。这样,即使我干了一件蠢事,发表了一篇荒谬的文章,我依然还算年轻,在完全走上歧途之前清醒过来还为时不晚。
起初,这个消息的确引起了我的不安。而现在,我却由于可能发现DNA自我复制的结构而情绪高昂。在回信中,我重申了我的信念:我了解细菌交配时发生的情况。而且我不禁又添上一句说,我刚刚发现了一个绝妙的DNA结构,它和鲍林的那个完全不同。我还一度想写点有关我的工作进展情况。可是,我还在跟别人竞赛,就决定不写了。我急促地把信投入邮筒,就赶快回实验室去了。
信寄出还不到一小时,我就知道了我的所谓发现只是一派胡言。因为当我走进办公室,刚开始解释我的想法,美国晶体学者多纳休(Jerry Donohue)就反驳说,这种看法是不能成立的。按他的说法,我从戴维逊的书中引用的互变异构体是不正确的。我立即针锋相对,告诉他在其它一些教科书中也有以烯醇形式来表示鸟嘌呤和胸腺嘧啶的。但是,这丝毫说服不了多纳休。使人高兴的是,他也承认多年来有机化学家们倾向某种互变异构形式,而轻视另外一些形式,其实也是非常主观,并无可靠根据。实际上,许多有机化学教科书中,也都乱七八糟地画了一些异想天开的互变异构图,我扔到他面前的那张鸟嘌呤图,显然属于此类蹩脚货。化学常识告诉他:鸟嘌呤会以酮式出现。他同样认为,胸腺嘧啶被描绘成烯醇式结构,也是错误的。他再次明显地倾向酮式结构。
然而,多纳休并没有提出他倾向酮式结构的任何可靠理由。他承认,只有一种化合物的晶体结构与此有关。那就是二酮吡嗪。它的三维结构几年前就在鲍林的实验室里研究出来了。毫无疑问,这个化合物是酮式,而不是烯醇式。同时,在他看来,量子力学关于二酮吡嗪为何具有酮式结构的理论,也同样适用于鸟嘌岭和胸腺嘧啶。他 竭力劝我还是别异想天开地在这类问题上浪费时间了。
开始,我以为他是在有意挑剔,可是我并没有忽视他的批评。除了鲍林以外,多纳休称得上世界上最熟悉氢键的人了。他曾在加州理工学院对于小的有机分子晶体结构进行了多年的研究。我不能自欺欺人,认为他对我们的问题缺乏了解。自从他在我们办公室工作六个月以来,我从来没有听说过他对自己不了解的事情信口开河地议论过。
我十分沮丧地回到写字台旁,希望能找到什么绝招来拯救我的“同类配对”观点。但是,多纳休说的那种新结构,对我这种观点显然是个致命的打击。把氢原子移到它们的酮式位置上,会使嘌呤和嘧啶的大小差别,比起它们以烯醇式存在时的差别变得更加重要。除非找到特殊的理由,否则就很难想象多核苷酸链会弯曲到足以适应不规则碱基顺序的程度。可是,当克里克进来时,就连这种可能性也不存在了。他很快发现,只有每个多核苷酸链的每68埃完全旋转一周,“同类配对”结构才能在X 射线图谱上出现34埃的重复。但这就意味着,相邻碱基之间的旋转角度只有18度。克里克相信,他最近对模型经过一番研究之后完全否定了这个数值。此外,这种结构并不能说明查戈夫规律(腺嘌呤与胸腺嘧啶等量,鸟嘌呤与胞嘧啶等量),这也使他很不满意。我对查戈夫规律却抱着一种不冷不热的态度。好在午饭时间到了,克里克谈笑风生的话题暂时打断了我的思路。我们转而谈起为什么大学生不能博得外国女孩子的欢心。
午饭后,我不想立即回去工作。我担心设法将酮式形状配置到某种新结构上去会使我走到死胡同里去。而且,可能会面临着这样的情况,即没有一个规则的氢键结构能与X 射线提供的证据相符合。我站在室外,眼睛盯着藏红花。我希望一种完美的碱基顺序能象这朵鲜花一样脱颖而出。因为要系统地检验可能的氢键所需要的嘌呤和嘧啶金属模型未能及时制成,把艰巨的模型制作工作推迟了至少几个小时。在回到楼上时,我觉得找这个借口也是心安理得的。至少要两天,这些东西才能送到我们手中。无事可做,真有点度日如年的感觉。于是,我就利用那天下午剩下的时间,用硬纸板剪成了精确的碱基模型。等到剪完时,我发觉时间已晚,只有留到明天再继续做了。晚饭后,我和住在“老妈”旅馆里的那一帮人看戏去了。
次日清晨我来到办公室,那里还是静悄悄的,空无一人。我急急忙忙地把写字台上的东西挪开,以便于进行用氢键维系的碱基配对试验。开始,我仍抱着“同类配对”的偏见不放,可是,我毕竟认识到,这种看法是不会有任何结果的。多纳休进来时,我还以为是克里克呢。我抬头看了看他,又继续摆弄起碱基模型来,我把碱基移来移去寻找各种配对的可能性。突然之间,我发现一个由两个氢键维系的腺嘌呤- 胸腺嘧啶对竟然和一个至少由两个氢键维系的鸟嘌呤- 胞嘧啶对有着相同的形状。看来,所有的氢键都是自然形成的,(两类碱基对,呈相同形状)并不需要人为的加工。我马上把多纳休叫来,询问他对于这些碱基对,这次是否仍有反对意见。
多纳休说没有反对意见。我于是精神大振。嘌呤的数目为什么会和嘧啶数目完全相同的谜,看来就要被我们解开了。如果一个嘌呤总是通过氢键同一个嘧啶相联,那么,两条不规则的碱基顺序就可能被规则地安置在螺旋的中心。而且,要形成氢键,这就意味着腺嘌呤总是和胸腺嘧啶配对,而鸟嘌呤只能和胞嘧啶配对。这样一来,查戈夫规律也就一下子成了DNA双螺旋结构的必然结果。更令人兴奋的是,这种双螺旋结构还是提出了一种DNA复制机制。它比我曾一度设想过的同类配对机制更加令人满意。腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对。这说明两条相互缠绕的链上碱基顺序是彼此互补的。只要确定其中一条链的碱基顺序,另一条链的碱基顺序也就自然确定了。因此,一条链怎样作为模板合成另一条具有互补碱基顺序的链,也就不难设想了。
克里克来时,刚把一只脚跨进门里,我就迫不及待地告诉他,我们已经掌握了全部答案。起初,他还抱着一种审慎态度。可是,那相同形状的A—T和G—C碱基对,不出我的意料,还是深深地打动了他。他急切地把这这些碱基按其他一些方法配对。可是没有一种方法能够符合查戈夫规律。几分钟后,他发现每个碱基对的两个糖苷键(连接碱基和糖)是由与螺旋轴垂直的一根二重軸有规 则地连接着。这样,两个碱基对都可以转到相反方向,而它们的糖苷键却仍然保持着同样的方向。这就导致了一个非常重要的结果:一条特定的核苷酸链可以同时包含嘌呤和嘧啶。同时,这也有力地他说明两条链的骨架一定是方向相反的。
现在的问题是,究竟这种A一T和G一C碱基对是否能方便地装在我们前两个星期设计的骨架构型之中。由于我们在螺旋中心为碱基留下了一大块空间,乍一看,这似乎是大有希望的。然而我们俩都明白,我们一定要制作一个完整的、并圆满地符合立体化学原理的模型,才能算是大功告成。再说,这种结构的发现,具有如此重大意义,决不容许草率从事。因此当克里克飞快地跑进伊尔酒馆,用所有在场吃午饭的人都能听得见的声音宣布我们已发现了生命的奥秘时,我感到多少有点不大舒服。
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克里克很快就全力以赴地投入了DNA的研究工作。在发现A—T和G一C碱基对有相同形状的第二天下午,他又回头去测量他的博士论文中的某些数据,可惜收效甚微。他不时地从椅子上站起来,焦虑不安地盯着硬纸板模型,尝试着用其它一些方法搭配碱基对。后来,这短暂的疑虑过去了,他又满面春风,兴奋地对我谈起我们的工作是多么重要。尽管这种作法和剑桥常见的遇事稳重和留有余地的态度迥然不同,我还是很乐意听的。DNA结构搞清楚了,其结果又是如此激动人心。我们的名字将和双螺旋连在一起,就象鲍林的名字总和a螺旋连在一起一样。这一切几乎是那么令人难以置信。
伊尔饭店六点钟开门时,我和克里克一同去吃饭。我们顺便商量一下以后几天该干些什么。克里克觉得,能否制出一个完善的三维结构模型是一件刻不容缓的事。因为遗传学家和核酸生化学家不应该再白白浪费他们的时间和仪器设备。需要尽快地告诉他们问题的答案,从而使他们能够调整研究方向,转而配合我们的工作。我当然同样迫切地想造出这样一个完善的模型。但是,我却更加念念不忘鲍林,我担心在我们把结果告诉他之前,他说不定会碰巧发现碱基对的奥秘。
不过,那天晚上,我们始终不能稳定地建立起双螺旋模型。在拿到金属制成的碱基模型之前,制出的任何分子模型都很粗糙,没有很强的说服力。我回到“老妈”旅馆,对伊丽莎白和福卡德说,克里克和我可能已击败了鲍林,我们的发现将使生物学发生一场革命。他们俩人都感到由衷地高兴。伊丽莎白更为她的兄弟感到自豪。福卡德表示,他要向国际生化学会报告,他的一个朋友将获得诺贝尔奖金。彼得也是同样兴高采烈,虽然他父亲可能在科学上遭到重大挫败,他并未因此流露出任何不快。
第二大早晨醒来,我感到格外的精神焕发。在去惠姆吃早饭的路上,我慢步走向克莱尔桥(Clarc Bridge),抬头眺望国王学院哥特式礼拜堂在这明朗春天高耸人云的尖顶。在那儿,我稍事停留,观赏了最近整修一新的吉布斯大楼(GibbsBuilding)。这是一座具有乔治王朝特色的建筑。这时我想,我们今日的成功,在很大程度上应归功于我们曾在这里度过的那些平静岁月。我们曾长期来往于这里的几个学院之间,默默无闻地博览了海弗(Heffer)书店所有的各类新书。我怡然自得地看过《泰晤士报》,然后走到实验室。我看到克里克正在按他想象中的格式,用硬纸板拼着碱基对。不用说,他早就来到实验室了。仅仅用了一个圆规和一把直尺,他就看出,两类碱基对都能很好地安排在骨架结构之中。那天上午,佩而我这一番话未能奏效。奥迪尔一想到要和那些不修边幅的人们长期相处,就感到惴惴不安。况且,那时我身上穿着的一件刚让裁缝做的紧身运动衫和美国人的便装完全不同。她看到我这样的装束,就更加不相信我说的话了。
第二天早上,克里克又比我早到实验室。我进去时,他正把模型牢牢地固定在支架上。这样,他可以逐个得出原子间距。他在那儿把原子前后挪来挪去。我坐在写字台边,考虑着如果我要尽快宣布我们有了某种有趣的发现,我该用哪种格式来写这封信。我正在想人非非,竟没有注意到克里克要我帮他扶正模型,以防在调整时倒下。他略微流露出不满的神情。
这时我们才明白,以前我们对镁离子重要性是小题大做,大方向错了。看来,威尔金斯和罗西坚持研究DNA的钠盐似乎是正确的。但是,既然糖和磷酸骨架在外部,究竟是哪种盐其实是件无关紧要的事。两种盐都能被双螺旋结构所接受。
时近中午,布喇格第一次看到了我们的模型。他由于患流感而在家呆了几天。听到克里克和我提出了有独创性的、对生物学可能有重大意义的DNA结构的消息时,他正躺在床上。回到卡文迪什实验室后,他马上抽空溜达到我们这儿,想亲眼看一看DNA模型。他立即就明白了双链之间的互补关系,以及腺嘌呤与胸腺嘧啶,鸟嘌呤与胞嘧啶的等量关系是糖和磷酸骨架有规律反复出现的必然结果。可是,他不知道查戈夫定律。所以,我又向他介绍了一下DNA各种碱基含量相对比例的实验数据。我发觉,布喇格越来越为它在基因复制中的巨大意义感到兴奋。谈到有关X 射线的证据时,他明白了我们为什么还没打电话告诉金氏学院的研究小组。可是,我们还没有征求过托特的意见。对此,他感到困惑不解。我们对他说,有机化学方面的问题我们已经解决了。但是这仍不能使他完全放心。至于说我们使用的化学结构式不准确,应该承认这种可能性是很小的。但是看到克里克讲话那样匆忙迅速,布喇格很难相信他是否会有足够的耐心,从容掌握确切无误的事实。于是,我们就准备一旦把一些原子间距调整好,马上就请托特来。
原子间距的最后调整工作在第二天晚上完成了。由于缺乏准确的X 射线的资料,我们还不敢断定我们所选的构型是非常正确的。不过,这没什么关系。因为我们只想证实,从立体化学的角度来看,至少有一种特别的两条链互补的螺旋结构是可能的。必须申明这一点,否则,就会有反对意见。别人会说,从美学观点来看,我们的想法非常高雅,可是,糖和磷酸骨架的形状可能不允许这种结构存在。值得庆幸的是,现在我们终于知道,事实并非如此。我们一边吃饭,一边互相安慰说,这么绝妙的一种结构,简直非存在不可。
既然紧张阶段已经过去,我又和福卡德一起去打网球了。我告诉克里克,下午晚些时候我要写信给卢里亚和德尔布吕克,告诉他们关于双螺旋一事。我们还约定让肯德鲁打电话告诉威尔金斯。他应该来看看我和克里克刚刚发现了什么。而我和克里克都不愿承担这个打电话的任务。那天早些时候,邮局送来了威尔金斯给克里克的一封短信。信中说他打算全力以赴研究DNA,并打算把工作重点放在模型的制作上。
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威尔金斯一看到我们的模型就非常高兴。肯德鲁事先就告诉他说,这是个由A-T和G-C碱基对联成的双链模型。所以他一到我们的办公室,就开始研究它的详细特征。模型是双链而不是三链的。这并没有使他感到不安。因为他知道其依据还不过硬。威尔金斯一声不响地盯着这个金属模型。克里克却站在旁边喋喋不休地,很快地谈着这种模型应该产生哪种X 射线图象。当他察觉到威尔金斯的愿望是想看看这个双螺旋,而不是来听他讲演X 射线晶体学理论的,就突然沉默不语了。因为这种理论威尔金斯自己也懂。把鸟嘌呤及胸腺嘧啶看成酮式结构是没有疑问的。否则就会破坏碱基对。于是,他就采纳了多纳休所说的观点。好象这是很平常的事。
让多纳休和克里克、彼得以及我共同使用一个办公室,竟带来意想不到的好处。这一点我们彼此心照不宣。要不是多纳休和我们一起在剑桥的话,我很可能还在盯住“同类配对”的结构穷追不舍。由于威尔金斯的实验室里没直结构化学家,所以就不会有人告诉他教科书上那些图片都是错误的。如果不是多亏了多纳休,恐怕只有鲍林才有可能作出正确的选择,并且用正确的方法达到最终的目的。
下一步的科学方法,就是把根据这个模型预测出的衍射图谱与X 射线的实验数据作一番认真的比较。威尔金斯回到伦敦,声称他将很快地测量出这种关键的反射现象。他的谈吐中没有流露出痛苦,这使我感到十分欣慰。在他这次访问前,我一直在担心他会因为我们夺走了本应全部归于他以及他的年轻同事们的一部分荣誉而郁郁寡欢,情绪消沉。但是在他脸上我们找不到丝毫愠色。他的言谈举止虽然克制,但是对于这个将证明对生物学有巨大意义的螺旋结构依然感到万分激动。
他回到伦敦仅仅两天功夫,就打电话来说,罗西和他两人发现他们的X 射线数据为双螺旋结构提供了强有力的佐证。他们正抓紧时间把这些结果整理成文,并打算与我们宣布碱基对的文章同时发表。《自然》杂志是迅速发表科学创见的理想刊物。要是布喇格和兰道尔两人也热烈支持这些文章的话,那么编辑收到手稿后一个月内就可以发表了。但是,金氏学院研究小组要发表的文章并非只此一篇。除了威尔金斯和他的同事外,罗西和戈斯林也将单独报道他们的研究成果。
罗西爽快地接受了我们的结构模型,这使我起初惊讶不已。我曾担心她那敏锐而又固执的头脑会禁锢于她自己提出的反螺旋结构之中,因而节外生枝地提出种种与此无关的问题,以致造成对于双螺旋结构正确性的怀疑。然而,象其他人一样,她也领悟到了碱基对的妙处,并且承认这样绝妙的结构当然不会是错误的。况且,在她得知我们的结果之前,X 射线的证据也迫使她不得不朝着承认螺旋结构的方向迈进一步、她的X 射线数据要求骨架位于分子外部。而且,如果必须用氢键联结碱基对的话,那么她是没有理由对A--T和G--C碱基对的独特性提出异议的。
与此同时,我和克里克对于罗西的强烈反感也骤然消失。开始时我们十分犹豫,不知是否应该与她共同讨论双螺旋问题。我们怕她会象以前那样怒气冲冲。但是,克里克在伦敦同威尔金斯讨论X 射线图谱的细节时,就注意到了她的态度已经有所改变。他起初认为罗西并不想同他来往,因此主要是同威尔金斯交谈。但是后来,他觉察到罗西期望在X 射线晶体学方面得到他的指点,并准备消除那毫不掩饰的敌意而代之以平等的讨论。罗西十分高兴地给克里克看了她的数据,克里克也因此得以头一次认识到,罗西关于糖和磷酸骨架是在分子外部的论断是如此确凿可靠。在这个问题上,她过去发表的毫不妥协的言论,正反映了她的第一流科学水平,而决不是一个迷途的女权主义者的感情用事。她认为我们过去鼓吹建造分子模型,反映了一种严肃的科学方法,而不是懒汉为了逃避高尚的科学事业所需要的艰苦工作,而采取的一种偷懒办法。这一点,她表示欣赏,因此促使她改变了态度。后来我们了解到,罗西同威尔金斯和兰道尔之间的纠葛,是由于她想伺共事者保持平等关系而造成的。这一点是可以理解的。她到金氏学院实验室不久,就向传统的等级观念挑战,为未能施展她那晶体学方面的才能而大发雷霆。
那个星期,从帕萨迪纳来的两封信都谈到了鲍林的碱基对仍无眉目。第一封信是德尔布吕克写的,信中说鲍林刚刚开了个讨论会。他在会上对他的DNA结构作了一些修正。在他的同事柯瑞(R.B.Corey)精确测量原子间距前, 鲍林寄到剑桥的手稿就已经发表了。这种做法很有些反常。直到完成这种精确测量后,他们才发现有几处原子间距是不对的,而且决非通过轻微的修改所能弥补的。因此,鲍林的结构模型仅从简单的立体化学角度看也是不现实的。然而,他还想借他的同事肖梅克(Verner Schomaker)的修改意见挽回败局。如此修改的结构,磷原子则旋转了45度。这样,就可以使氧原子形成氢键。在鲍林讲演后,德尔布吕克告诉肖梅克,他不相信鲍林是正确的。因为他刚刚接到我的信,知道我对DNA结构已有了新见解。
德尔布吕克的这个评论立即传到了鲍林耳中。他很快给我来了封信。信的开头暴露了他的紧张不安,措辞也很含糊,只是邀请我去参加一个蛋白质会议。他决定在这个会议上增加核酸的内容。接着他就把话讲明白了,要我把给德尔布吕克的信里谈到的那个漂亮的DNA新结构的详细内容告诉他。读到这里,我不由得深深吸了一口气。因为我意识到在鲍林发表讲演时,幸亏德尔布吕克还不知道关于互补双螺旋的事。他谈的还是“同类配对”观点。好在我的信寄到加州理工学院时,碱基对已有了结果。不然的恬,我就会处于一种可怕的境地,也就是说,我就不得不通知德尔布吕克和鲍林说我写那封信完全是一时冲动,信中说的那个看法其实刚刚诞生十二个小时,后来仅仅活了二十四小时就死了。
就在那个星期的晚些时候,托特同几个年轻同事一起从化学实验室来此作了一次正式访问。在前一星期,克里克几乎每天都要向别人把这一结构模型及其意义详详细细说上几次。这些天来,他的热情依然有增无减。每当我或多纳休听到克里克一面说着一面把一张张陌生的面孔领进办公室时,我们总是要退避到外面去,直到那些被说服了的客人一个个离去,办公室恢复平静之后,我们才又回来。但是对托特可不能采取这种态度,因为我想让他告诉布喇格,我们是完全按照他的指点的关于糖和磷酸骨架的化学常识行事的。托特对酮式构型也表示赞同,说他的有机化学家朋友画的那些烯醇基团结构纯粹是武断从事。他对克里克和我在化学方面做出了出色的成就表示祝贺,然后就走了。
不久,我便离开剑桥前往巴黎,准备在那里呆上一个星期。我与鲍里斯.伊弗留西及哈瑞特?伊弗留西(HarrietEphrussi)的巴黎之行是几周以前安排好的。既然我们的工作看上去已经大体完成,我没有理由推迟这次访问。这次访问使我有机会第一个把双螺旋告诉伊弗留西和勒夫实验室的工作人员。对这次访问克里克却很不高兴。他说把如此重大意义的工作中断达一星期之久实在太长了。然而,我对于任何劝我严肃认真的忠告,是一向听不进去的。尤其是肯德鲁刚给克里克和我看了一封查戈夫给他的来信。信里提到了我们,并附带想打听一下我们这些科学界的丑角的工作现在搞到了什么程度。
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鲍林是从德尔布吕克那里第一次听到双螺旋的。在那封有关互补链的信末尾,我曾要求德尔布吕克不要把这个消息告诉鲍林。我还多少有点担心,怕忙乱中会出差错。我们想能有几天时间消化我们的理论,暂时还不希望鲍林考虑碱基对的氢键问题。可是,我的请求没有得到重视。德尔布吕克要告诉他的生物学实验室的每个人。他知道数小时内,消息就会从他的实验室传到鲍林的办公室。再说,鲍林也曾要求德尔布吕克一有消息就告诉他。更主要的是,德尔布吕克对在科学研究中实行保密的作法是深恶痛绝的。他不想让鲍林为此事再牵肠挂肚。
鲍林和德尔布吕克一样,得到消息后由衷地感到高兴。如果换在平常,鲍林肯定会为自己观点的优越性极力辩解。可是这一次他不得不由于自体互补DNA分子的重要生物学意义而最终退出这次角逐。不过,在认输之前,他很想看看金氏学院研究小组得到的证据。他希望在三个星期后,也就是四月份的第二周,去布鲁塞尔参加一个关于蛋白质的索尔维(solvay)会议时,能看到这方面的材料。
3月18日,我刚从巴黎回来就从德尔布吕克的信中得知,鲍林已了解了我们研究DNA的情况。因为碱基对的证据越来越充分,我们也就不在乎了。一个关键性的消息是在巴斯德研究所偶尔得到的。在那儿我碰到一位加拿大生物化学家怀特(Gerry Wyatt)。他知道许多有关DNA的碱基比率,并且刚刚分析过T2、T4和T6噬菌体的DNA。在过去两年中,人们传说这种DNA缺少胞嘧啶。这种现象很奇怪。很明显,从我们的模型看这是不可能的。可是怀特声称,他和科恩(seymour Cohen)以及赫尔希证明这些噬菌体内含有一种弱型胞嘧啶,也就是5-羟甲基胞嘧啶。最重要的是它的数量与鸟嘌呤相等。既然5-羟甲基胞嘧啶与胞嘧啶一样,可以形成氢键,这就为双螺旋结构又提供了一个绝妙的证据。还有一件事情也很叫人高兴,那就是这些数据非常精确,这比以前进行的分析工作更进一步地证实了腺嘌呤、胸腺嘧啶以及鸟嘌呤都与胞嘧啶等量。
我不在的时候,克里克就着手进行A型DNA分子结构的研究。威尔金斯实验室以前的工作表明,结晶的A型DNA纤维在吸收了水分后能够变长,并转变为B型。克里克推测,把碱基对倾斜可以得到一个更为紧凑的A型DNA结构,可以沿纤维轴使碱基对的距离缩短到2.6埃。他于是着手建造一个碱基对倾斜的模型。尽管这比建造一个更为松散的B型结构要困难些, 但是等我回来时,一个满意的A型模型已经搞出来了。
下一个星期,我们为《自然》杂志写的论文第一稿已经分发出去,其中两份手稿送到了伦敦,请威尔金斯和罗西指教。他们除了要我们提一下在我们之前,他们实验室里的弗雷泽就已考虑过氢键联结碱基的问题以外,没有表示实质性的反对意见。可是,对于弗雷泽研究工作的细节,我们以前一直一无所知。他一直在研究由氢键在正中联结的三个碱基。当时我们知道其中许多互变异构体都是错误的。因而,他的见解看来并不值得重提,即使重提,结果也只能迅速重新埋葬。可是,威尔金斯知道我们持不同意见时,好象有点不太高兴。于是,我们在文章中又写进几句必要的补充说明。罗西和威尔金斯两人各自的论文基本上包括了相同的内容,并都用碱基对阐述他们的研究结果。克里克曾想扩大篇幅详细论述DNA结构的生物学意义。然而,他后来终于意识到还是简单提一下为好,因此写下了这样一句话:“我们当然注意到了我们提出的专一碱基对直接揭示了遗传物质的一种可能的复制机理”。
给布喇格爵土看的是那篇论文的最后定稿。他建议在文体上略加修改,然后就很热情地表示愿意写一封推荐信,连同这篇文章一起寄给《自然》杂志。DNA结构问题得到解决使布喇格感到由衷的高兴。一个明显的原因就是这顶成果是在卡文迪什实验室完成的,而不是在帕萨迪纳实验室。更为重要的是,这项成果是如此出乎意料的漂亮,同时,他四十年前创立的X射线方法在探索生命本质的工作中发挥了重要的作用。
在三月底最后的一个周末,文章已最后定稿并准备打印了。可是卡文迪什实验室的打字员不在,这项简单的工作就交给了我的姐姐。说服她这样度过一个周末的下午是不成问题的。因为我们对她说,她所参加的这项工作称得上自达尔文的“进化论”发表以来,在生物学领域内最轰动的事件。在她打字时,克里克和我就站在她旁边。这篇九百字的文章是这样开头的:“我们拟提出脱氧核糖核酸(DNA)盐的一种结构。这种结构的崭新特点具有重要的生物学意义”。星期二我们把这篇稿子送到布喇格的办公室,4月2日星期三,就送到了《自然》杂志编辑手中。
星期五晚上鲍林抵达剑桥。他在赴布鲁塞尔参加索尔维会议途中,在剑桥作短暂停留。一方面看望彼得,另一方面可以看看模型。彼得竟不加思索地将他安排在“老妈”旅馆。我们很快就发现,他其实更喜欢另找一家旅馆。与外国女孩子共进早餐并不能弥补他房间里没有热水的不足。星期六清晨,彼得把他父亲领到了办公室。鲍林先和多纳休聊了一些加州理工学院的新闻。接着他就参观了模型。尽管他仍然想了解金氏学院实验室的定量测定结果,但是,我们只给他看了罗西的B型结构原始照片的复本,以此为我们的论点提供证据。王牌都在我们手里。这样,他温文尔雅地表示,我们确实解决了DNA的结构问题。
这时布喇格来找鲍林,要鲍林和彼得一起到他家吃午饭。那天晚上,鲍林父子以及我和我姐姐一起参加了克里克夫妇在“葡萄牙地”为我们举行的一次家宴。大概是因为鲍林的出席,克里克多少有点沉默,尽量让鲍林对我姐姐和奥迪尔大献殷勤。虽然我们喝了不少葡萄酒,可是话不投机。我感到鲍林情愿同我这个乳臭未干的后生谈话,而不愿同克里克多啰嗦。谈话没有持续多久,因为鲍林还未习惯加利福尼亚与剑桥的时差,觉得有些疲惫不堪。这样,晚宴在午夜时分就结束了。
第二天下午,我姐姐和我飞往巴黎,又过一天,彼得也来和我们会合。十天以后,我姐姐将乘船到美国,然后再去日本,同她在大学结识的一个美国人结婚。这是我们呆在一起的最后几天了。至少今后再也不能如此无忧无虑了。这种无忧无虑是摆脱了很容易叫人又爱又讨厌的中西部地区和美国文化传统羁绊的象征。星期一清晨,我们去佛宝瑞?圣?荷璃(Faubourg St.Honore)最后一次领略它的迷人风光。在那儿,我突然发现了一家出售各种时髦阳伞的商店。我想应该买一把送给我姐姐,作为给她的结婚礼品。于是我就买了一把。后来,我姐姐找了一位朋友去喝茶,而我则穿过塞纳河回到卢森堡宫附近我们住的旅馆去了。那天正是我的生日,晚上彼得要来向我表示祝贺。可是,现在我却是孤零零的一个人,望着那些在圣?吉门(St.Germain des Pres)附近的长发姑娘。我知道她们对我不会感兴趣的。找已经二十五岁,早过了风流年华。
尾声本书所提及的人物现在几乎都还健在,并仍在积极从事研究工作。卡尔喀已来美国任哈佛医学院的生物化学教授。肯德鲁和佩鲁兹仍留在剑桥,继续从事蛋白质X射线的研究。他们因这方面的成就获得了1962年度的诺贝尔化学奖金。布喇格爵士在1954年移居伦敦,任皇家学院院长。他对蛋白质结构仍然怀有浓厚的兴趣。赫克斯利在伦敦呆了几年,就回剑桥继续从事肌肉收缩机理的研究。克里克在布鲁克林呆了一年后又回到剑桥,探索有关遗传密码的性质和作用。在过去的十年里,他已被世界公认为这一领域首屈一指的人物。威尔金斯这几年仍把精力集中在DNA工作上。他和他的同事们证实了双螺旋结构的基本特征无疑是正确的。后来,他对核搪核酸的结构又作出了重大贡献。接着他就转向神经系统的组织和作用的研究。彼得现住在伦敦,在伦敦大学院教授化学。他那位在加州理工学院执教的父亲最近已经退休。现在他的科学工作集中于原子核结构和理论结构化学的研究上。我的姐姐伊丽莎白在东方居住了多年,现在同她的那位出版商丈夫以及三个孩子住在华盛顿。
本书所述事实与细节,凡与他们记忆不符之处,只要他们愿意,鄙人欢迎指正。不过遗憾的是,罗莎琳德?富兰克林已于1958年中年夭折,时年37岁。鉴于我曾对她的学术和个人品德方面有过错误的评价(如本书的前半部记述的那样)。所以现在有必要阐述一下她所取得的成就。她在金氏学院实验室所从事的X射线的研究工作越来越被认为是杰出的。区别DNA的A型和B型结构,这项工作本身就足以使她赢得声誉。更为出色的是,她在1952年就曾运用帕特森重叠法证明磷酸基团必定是在DNA分子的外部。其后,她转到贝纳尔实验室,着手于烟草花叶病毒的研究。她的工作使我们关于TMV螺旋结构的定性概念很快发展成一幅精确的定量图谱,从而确定了基本的螺旋参数,证实了核糖核酸链处于从中心轴到外周的中间位置上。
因为我后来在美国任教,所以不象克里克那样能经常见到她。她常向克里克请教,每当她干出什么漂亮的工作时,她也来征求克里克的意见,直到克里克赞同她的推理后方才放心,我们之间过去不愉快的争执,那时已经忘得一干二净。我与克里克都极为赞赏她那正直的品格和宽宏大量的秉性。只是在多年之后,我们才逐渐理解了这位才华横溢的妇女。她为了取得科学界的承认进行了长期的奋斗,而这个世界往往把妇女仅仅看作是研究工作之余的一种消遣玩物。在她意识到自己的生命垂危时,她没有叹息和抱怨。直到去世前的几个星期,她还在不遗余力地从事着高水平的工作。富兰克林这种勇敢的精神和高贵的品质是值得我们学习的。
沃森和克里克
  1953年4月25日
  我们拟提出脱氧核糖核酸(DNA)盐的一种结构。这种结构的崭新特点具有重要的生物学意义。
  鲍林和考瑞曾提出过一个核酸结构。他们在发表这一结构之前,欣然将手稿送给我们一阅。他们的模型包含磷酸接近纤维袖,碱基在外周的三条多核苷酸链。我们觉得这样的结构是不够满意的,其理由有二:(1)我们认为进行过X射线衍射分析的样品是DNA的盐而不是游离的酸。没有酸性氢原子,接近轴心并带负电的磷酸会相互排斥。在这样的条件下,究竟是什么力量把这种结构维系在一起,尚不清楚。(2)范德瓦尔力距似显太小。
  弗雷泽曾提出过另外一种三条多核苷酸链的结构(将出版)。在他的模型中,磷酸在外边,碱基在内部,并由氢键维系着。他描述的这种结构也不够完善,因此,我们将不予评论。
  我们拟提出一个完全不同的脱氧核糖核酸盐的结构。该结构具有绕同一轴心旋转的两条螺旋链(见图)。根据化学常识我们假定,每条链包括联结β-D-脱氧呋喃核糖的3',5'磷酸二酯键。两条链(不是它们的碱基)与纤维轴旋转对称垂直,并呈右手螺旋。由于旋转对称性,两条链的原子顺序方向相反。每条链都与弗尔伯格的第一号模型粗略地相似;即碱基在螺旋内部,磷酸在外边。糖的构型及其附近的原子与弗尔伯格“标准构型”相似,即糖和与其相联的碱基大致相垂直。每条链在z向每隔3.4埃有一个核苷酸。我们假定,同一条链中相邻核苷酸之间呈36度角,因此,一条链每10个核苷酸,即34埃出现一次螺旋重复。磷原子与纤维轴之间的距离为10埃。因为磷酸基团在螺旋的外部,正离子则易于接近它们。
  这个结构模型仍然有值得商榷之处,其含水量偏高,在含水量偏低的情况下,碱基倾斜,DNA的结构会更加紧凑些。
  这个结构的一个新特点就是通过嘌呤和嘧啶碱基将两条链联系在一起。碱基平面与纤维轴垂直。一条链的碱基与另一条链的碱基通过氢键联系起来形成碱基对。两条链肩并肩地沿共同的之向联系在一起。为了形成氢键,碱基对中必须一个是嘌呤,另一个是嘧啶。在碱基上形成氢键的位置为嘌呤的1位对嘧啶的1位;嘌呤的6位对嘧啶的6位。
  假定核酸结构中碱基仅以通常的互变异构形成(即酮式而非醇式构型)出现,则只能形成专一的碱基对。这些专一碱基对为:腺嘌呤(嘌呤)和胸腺嘧啶(嘧啶),鸟嘌呤(嘌呤)和胞嘧啶(嘧啶)。
  换言之。按照这种假设,如果一个碱基对中有一个腺嘌呤,在另一条链上则必然是胸腺嘧啶。同样地,一条链上是鸟嘌呤,另一条链上必是胞嘧啶。多核苷酸链的碱基顺序不受任何限制。因此,如果仅仅存在专一碱基对的话,那么,知道了一条链的碱基顺序,则另一条链的碱基顺序自然也就决定了。
  以前发表的关于脱氧核糖核酸的X射线资料,不足以严格验证我们提出的这种结构。至今,我们只能说它与实验资料粗略地相符合,但在没有用更加精确的结果检验以前,还不能说它已经得到了证明。在本文后面发表的一篇短文提供了一些精确的数据。但是,我们在搞出这个DNA结构以前,并不知道该文报告的详细结果。这个结构模型虽然不是完全地,但主要地是根据已发表的资料和立体化学原则建造起来的。
  我们当然注意到了,我们提出的专一碱基对直接地表明遗传物质的一种可能的复制机制。
  该结构的全部细节,包括建造模型的一些条件以及原子的同向性等问题将另行发表。
  我们非常感谢多纳休经常向我们提出建议和批评,特别是关于原子间距问题。我们也得到伦敦金氏学院威尔金斯博士、富兰克林博士及其同事们一些尚未发表的实验结果和思想的鼓舞。作者之一(沃森)由美国小儿麻痹症国家基金会(Natiortal Foundation for lnfantile Para1ysis,U.S.A。)奖学金资助。
  剑桥卡文迪什实验室,医学研究委员会生物分子结构研究单位,1953年4月2日。
  参考文献
  [1] Pauling,L.,and Corey,R.B.,Nature,171,346 (1953).Proc. U.S.Nat.Acdd.Sci.,39,84 (1953).
  [2] Furberg,S.,Acta.Chem Scand,6,634 (1952)。
  [3]Chargaff,E., for references see Zamenhof,S.,Brawerman,G.,and Chargaff,E.,Biochim。 Biophys, Acta,9,402 (1952)。
  [4]Wyatt,G.R.,J.Gen.Physiol,36,201(1952)。
  [5]〕Astbury,W.T.,Symp. Soc. Exp.BiOl.,l,Nucleic Acid,66 (Camb.Uess,1947).
  [6]Wilkins,M.H.F.,and Randall,T.T.,Biochim,Biophys。 Acta. 10,192(1953).  
脱氧核糖核酸结构的遗传学意义
  沃森和克里克
  1953年5月30日
  活细胞中脱氧核糖核酸(DNA)的重要性是无可争议的。在一切分裂着的细胞中,DNA如果不是全部,至少也是大部分存在于细胞核内。DNA是染色体的主要组成成分。很多证据部说明它是染色体一部分(如果不是全部)遗传性状的携带者,也可以说它本身就是基因。但是,至今尚无证据能够说明遗传物质究竟是怎样进行精确自我复制的。
  最近,我们提出了一个脱氧核糖核酸盐的结构模型。这个模型如果正确的话,就直接地解释了遗传物质自我复制的机制。与我们的前文同时发表的伦敦金氏学院学者们的X射线资料,定性地支持我们的结构模型而与以前提出的所有结构模型都是矛盾的。虽然这一结构模型尚需更多的X 射线资料加以证实,我们充满信心地认为,现在就讨论它的遗传学意义是正确的。为此,我们假定脱氧核搪核酸盐的纤维并非由于制备方法而产生的矫作物。威尔金斯及其同事们曾经指出,由分离出的DNA纤维和某些完整的生物材料,如精子头部和噬菌体颗粒等,同样可以得到类似的X射线图谱。
  脱氧核糖核酸的化学结构现在已经完全确立了。如图1所示,它是一个很长的分子,以有规律地交替出现的糖和磷酸构成其骨架。每一个糖联结一个含氮碱基,而碱基又有四种不同的类型(我们认为5-甲基胞嘧啶与胞嘧啶等同,因为两者在DNA结构中皆能很好地参与碱基配对)。两种可能出现的碱基——腺嘌呤和鸟嘌呤为嘌呤;另外两种——胸腺嘧啶和胞嘧啶为嘧啶。迄今所知,多核苷酸链中碱基顺序是无规律的。由磷酸、糖和碱基构成的单体称核苷酸。
  我们这个具有生物学意义的结构模型的第一个特点,在于它不是由一条而是由两条(多核苷酸)链所构成。这两条链皆绕一个共同的纤维轴旋转,如图2所示。一般认为DNA汉有一种化学结构形式,因此螺旋结构中只应有一条链。但是,X射线所得密度图强有力地证明螺旋结构中有两条链。
  另一个有生物学重要意义的特点是这两条链维系在一起的方式。这种方式表现为碱基间形成的氢键,如图3所示。碱基以配对方式联结在一起,即一条链上一个碱基与另一条链上上个碱基通过氢键联结在一起。关键问题在于螺旋结构中仅能形成某些专一的碱基对,为了维系两条链,碱基对中一个碱基是嘌呤,另一个则必定是嘧啶。否则,如果一个碱基对包含两个嘌呤,两条链之间则容纳不下。
  我们相信,碱基几乎完全以常见的互变异构形式存在。果真如此的话,形成氢键的条件则是非常严格的。仅能形成的碱基对为:
  腺嘌呤与胸腺嘧啶
  鸟嘌呤与胞嘧啶
  碱基间形成氢键的方式如图4和图5所示。碱基对能以两种方式形成。例如,两条链上都可能出现腺嘌呤。一条链上出现腺嘌呤,则另一条链上和它配对的碱基必是胸腺嘧啶。反之亦然。
  最近的分析结果指出,在测定过的各种来源的DNA样品中,腺嘌呤的数量接近胸腺嘧啶的数量,鸟嘌呤的数量接近胞嘧啶数量。但是,腺嘌呤与鸟嘌呤的比值则因来源不同而不同。这些分析结果强有力地支持碱基配对法则。事实上,多核苷酸链的碱基顺序如果是无规律的话,除了求助于我们的配对法则外,要解释这些分析结果是很困难的。
  我们的结构模型中磷酸和糖的骨架是完全规则的。而在这种结构中任意碱基对顺序都是合适的。这一模型说明,在一个很长的分子中可以有很多交换不同的碱基排列顺序。因此,这似乎表明严谨的碱基顺序就是携带遗传信息的密码。如果已知两条链中一条链的碱基顺序,根据专一碱基对法则,可以准确无误地写出另一条链的碱基顺序。可见,一条链与另一条链是互补的。正是这一特点表明了脱氧核糖核酸分子是如何自我复制的。
  以前讨论目我复制通常要涉及样板或模板这个概念。曾经提出过直接自我复制的样板论,也有过由样板产生“副本“,“副本“反过来作样板再产生初始的“正本“的说法。但是,这两种观点都没有具体解释这一过程是如何在原子和分子水平上进行的。
  现在,我们的脱氧核搪核酸模型实际上是一对样板。这两条祥板是彼此互补的。我们假定,在复制之前氢键断裂,两条链解开并彼此分离。然后,每条链都可以作为样板,在其上形成一条新的互补链。这样,我们最后得到了两对链,而此前我们汉有一对链。而且,在复制过程中,也是严格符合碱基对顺序的。
  仔细琢磨一下我们的模型表明,如果一条链(或它的有关部分)呈螺旋结构,复制就很容易进行。我们设想,细胞在其生活阶段中合有大量游离核苷酸(严格他讲应是多核苷酸的前体)可以被细胞利用。游离核苷酸的碱基常常通过氢键与链上一个碱基配对。我们现在假定,如果新合成的链可以形成我们设想的这种结构,则生成新链的单体聚合化反应才有可能进行。这种观点表面上似乎是讲得通的。除非这些核苷酸是形成我们的结构所必需的,否则,由于位阻效应,它们就不能在初始的链上“结晶”并彼此接近最终联成一条新链。这种聚合化反应是否需,要一个专一的酶,或者已有的单股螺旋是否可以有效地起到酶的作用。这些都是尚侍进一步研究的问题。
  因为我们的模型中两条链是相互缠绕在一起的,要分开它们必须解除这种缠绕。两条链每34埃缠绕一周,因此,一个分子量为一百万的DNA约有150周螺旋。不管染色体具有怎样精细的结构,仍然需要有相当数量的非螺旋部分存在。显微镜观察的结果明确指出,在染色体有丝分裂中出现很多缠绕部分和非缠绕部分。尽管这是宏观现象,大概也反映了分子水平上的类似情况。要并井有条地弄明白这些过程是怎样发生的,虽然现在还有困难,我们觉得上述的看法还是值得考虑的。
  在前文中,我们提出的结构模型仍然有值得商榷之处。两条多核苷酸链之间可以摆一条多肽链围绕同一螺旋轴旋转。邻位磷原子之间的距离为7.1埃,与完全伸展的多肽链一个周期的距离非常接近,这或许有某种意义。我们认为,在精子头部或核蛋白体矫作物之中,多肽链大概占据着这个位置。关于DNA已发表的X射线图中,出现比较微弱的次级谱线(second layer-1ine)与这种观点粗略地相符合。蛋白质在这里的功能可能是控制DNA链是否缠绕,有助于将一条多肽链维持在螺旋构型之中,或者表现其他非专一性的作用。
  我们的模型也为其他一些现象提供了可能的解释。例如,自发变异可能是由于一种碱基偶尔以它不常有的互变异构体形式出现而产生的。另外,在减数分裂中,同源染色体的配对可能也依赖于专一的碱基配对。我们将另外详细讨论这些问题。
  现在,我们提出的脱氧核糖核酸复制的一般概念,应该看作是一种推测。即使这种观点是正确的,要详细描述遗传复制机制尚需很多新的发现。多核苷酸的前体是什么?什么力量促使两条链解开?蛋白质的确切作用是什么?染色体究竟是一对长的脱氧核糖核酸链,或者它包含一束由蛋白质联结在一起的核酸链?
  尽管这些都是不能肯定的问题,我们觉得我们提出的脱氧核搪核酸结构可能有助于解决一个基本的生物学问题——遗传复制中样板的分子基础。我们提出的假说是,祥板是由一条脱氧核糖核酸链的碱基组成的图案,而基因包含着这种样板的互补碱基对。
  作者之一(沃森)由美国小儿麻痹症国家基金会奖学金资助。
  剑桥卡文迪什实验室,医学研究委员会生物分子结构研究单位
  参考文献
  [1] Watson,J.D,,and Crick,F.H,C.,Nature,171,737(1953).
  [2]Wilkins,M,H.F.,Stokes,A,R.,and Wilson,H.R.,Nature,171,738(1953), Franklin,R.E.,and Gosling,R,G.,Nature,171,740(1953).
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