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沃森和克里克

时间:2022-06-01 百科知识 版权反馈
【摘要】:第十八章 沃森和克里克我是沃森,我是克里克,我们来告诉你我们的秘诀,我们找到了生命的源出,我们相信我们是34一周的一团分子糨糊。1951年沃森与克里克会面时,他们表现出截然不同的性格。沃森不喜闲谈,对他同年龄的其他研究生缺乏和蔼可亲的友情。遗憾的是,这个研究计划没有达到预期结果,对沃森和卢里亚来说,其主要价值是使他们确信辐射遗

第十八章 沃森和克里克

我是沃森,我是克里克,

我们来告诉你我们的秘诀,

我们找到了生命的源出,

我们相信我们是34Å一周的一团分子糨糊。

(E.S.安德森等)

1951年沃森与克里克会面时,他们表现出截然不同的性格。克里克出生于英国的中产阶级,他自信热情,谈吐清晰,充满好奇心和性格外向;他很健谈,可滔滔不绝地讲上几个小时,常常放声大笑。沃森的情况不同,他讲话简练,好奇心只限于科学问题和鸟类学;他性格内向,看上去像是一个“孤独人”。克里克在35岁时还没完成博士论文,而沃森在1950年22岁时,就写好了论文。

芝加哥儿童智力测验主办人路易斯·考恩很早就发现了沃森。沃森在15岁时,芝加哥大学就接收他攻读理学士课程(这是从实验中学提前升学试验的一部分)。芝加哥大学为他准备了一整套生物学教程,从那时起这套教程就流行起来了。但是,沃森的兴趣并未改变,他童年时代对鸟类学的爱好依然是主要的。教他胚胎学和无脊椎动物学保罗·韦斯回忆了沃森三年学习期间的优异成绩。“他对课堂上的事情完全(或似乎)漠不关心,他从不记笔记,但在学期结束时,他总是名列前茅。”(私人通信)

沃森在芝加哥大学显然没有学什么遗传学。虽然休厄尔·赖特的群体遗传学“引起了他的兴趣”,但他看了薛定谔的《生命是什么?》后,立刻改变志向,决意要揭开基因的奥秘(沃森,1966,239)。人们可以怀疑当时他的决心有多大,因为在1947年,他仍报考密执安大学夏季班进修鸟类学和系统学习植物学。而且,他报考印第安纳大学研究生时,仍把鸟类学作为主要方向。印第安纳大学理学院院长兼动物系主任的费尔南德斯·佩恩回忆说:

詹姆斯从芝加哥大学毕业后,他写信给我探询获得研究资助的可能性以及说明他的兴趣在鸟类学。我给他回了信,告诉他动物系不准备接受鸟类学研究生,并建议他到康奈尔大学去试试。我进一步告诉他我们学校可以招收攻读遗传学和实验鸟类学的哲学博士研究生……詹姆斯收到信后,同他父亲到我们学校作了一次私人访问……

(佩恩,1973)

佩恩简明的谈话似给沃森留下深刻印象。他来到了布卢明顿参加面试,并成了印第安纳大学大约十二名研究生中的一个。这样在布卢明顿就能看到这个来自芝加哥的聪明绝顶的孩子。沃森是个怪人,穿着随便,往往穿双网球鞋;瘦高个儿,看上去有点笨拙。沃森不喜闲谈,对他同年龄的其他研究生缺乏和蔼可亲的友情。他同戴维·南尼(现在伊利诺伊大学)确在相互尊敬的基础上形成亲密的友谊,但这是沃森的个性,他喜欢找年纪比他大、经验更丰富的人结伴。有些同学认为他“与众不同”。在走廊里与同学擦肩而过时,他的眼神里总是带着恍惚的神色。对于他不想交谈的人,他就保持缄默甚至有些不屑一谈的样子。这位年轻有为的科学家19岁就取得博士学位。在实验中学时,他就一直与聪明的学生交往,从不与笨蛋打交道。

特蕾西·索恩本的家在布卢明顿,他允许沃森参加星期五晚上在他家举行的学术讨论会。索恩本的研究生在会上讨论他们的工作。这些研究生并不都喜欢沃森把讨论转到他感兴趣问题的做法,大家都讨厌他的一种习惯,即当他感到讲话人讲得枯燥乏味或缺乏才智时,他就看起书来。

沃森从科学讨论会上获益不少。他是个专心于自己事业的人,因此尽管他只有19岁,他还是敢走到大科学家中间同他们进行讨论。每次讨论会后,人们发现他正在同穆勒、索恩本或卢里亚交谈。为了探索基因的奥秘,在科学会议上他竭力要结识有才干、有经验的科学家。

基因的性质

什么引起了沃森对基因的好奇心呢?前面我们已提到他读了薛定谔的著作《生命是什么?》和佩恩坚持他一定不能在印第安纳大学致力于鸟类学。我们还要提到他曾读过辛克莱·刘易斯讽刺医学研究的作品《马丁·阿罗史密斯》。马丁决心效法专心致志于研究工作的科学家马克斯·戈特利布以及他发现了噬菌体;据说这促使沃森也要在微生物学中作出重大发现。但是,佩恩无疑给沃森留下的印象是印第安纳大学有当代最伟大的遗传学家之一——赫尔曼·丁·穆勒。因此,在这位伟人身边工作是再好不过的了。

于是,沃森在动物系开始了研究生工作,这样有可能今后在穆勒领导下从事果蝇遗传学的研究。不久,沃森正确地断定,尽管穆勒还在,但果蝇研究的“黄金时代已过去,包括索恩本和卢里亚在内的许多最杰出的年轻遗传学家已在研究微生物”(沃森,1966,239)。沃森读完了穆勒的“突变与基因”的课程,并得了“优”,但是他听了萨尔瓦多·卢里亚关于病毒的讲课后,沃森被卢里亚及其工作吸引住了。因此,他把许多时间花费在位于语言艺术大楼顶层的细菌学实验室里。

卢里亚刚发现许多失活噬菌体感染细菌后会产生活的噬菌体粒子,他把这种现象称为复感染复活作用,并用存在“基因库”来解释这种现象。他认为,“基因库”是由各个遗传单位单独复制所形成,活性噬菌体粒子从“基因库”装配而成(卢里亚,1947,1949)。据认为,具有侵染性的噬菌体一旦进入寄主细胞,就分裂成这些遗传单位。经紫外线照射使噬菌体失活要归因于这些单位中有一个或几个遭到了破坏。卢里亚相信,一种单位被破坏可以由基因库的另一种健全的单位所代替,仍可成功地装配成活性噬菌体。应用定量分析技术,卢里亚和杜尔贝科终于成功地提出各种噬菌体中,这类亚单位的数目(卢里亚、杜尔贝科,1949,113)。

沃森的论文

卢里亚由此而倍受鼓舞,决心进一步从事这项大有希望的研究工作——从照射过的噬菌体的遗传特性来推断噬菌体复制的模型。那时,噬菌体的再活化现象只限于经紫外线处理的噬菌体粒子。经强X射线处理过的噬菌体粒子,卢里亚没有发现再活化现象。这个差别看来是有趣的。进一步研究可能会揭示出复制过程的更多的特点,或者如沃森的论文中所说的那样:

可能不是紫外线而是失活剂(对噬菌体)引起了部分损伤。更有趣的是,这些失活剂可能会引起不同类型的损伤,在不同阶段上阻止病毒繁殖。因此,通过研究在合成过程的哪个阶段上失活噬菌体的繁殖受到抑制,我们也许能够重现寄主病毒相互作用中的一些阶段。为了试验这些可能性,我们已开始研究X射线灭活的噬菌体。

(沃森,1950a,1)

遗憾的是,这个研究计划没有达到预期结果,对沃森和卢里亚来说,其主要价值是使他们确信辐射遗传学的研究方法是没有希望的。卢里亚在有关病毒繁殖的文章中把复制亚单位的研究计划说成是“目前我们所能做到的从最终产物提供的证据来分析噬菌体的产生”(卢里亚,1950,509)。

在布卢明顿的研究生工作

人们可能会从《双螺旋》一书中得出结论:沃森在印第安纳没有学到化学和物理学方面的知识。这种想法是错的。为了写论文,沃森学习并领会了有关辐射遗传学靶理论的文献。在芝加哥大学他取得无机化学、定性化学和有机化学的学分。在印第安纳大学则取得了高级有机实验室制备(尽管在《双螺旋》一书中描述了乙醚事故)以及关于蛋白质和核酸课程的学分。虽然在学业结束时,他的科技德语只得了一个“中”,但无论在布卢明顿还是在剑桥期间,所学的德语对阅读科技文献发挥了很大作用。

一个明显的问题是,蛋白质和核酸课程是否使沃森确信核酸在遗传中的重要作用。任课的费利克斯·豪罗维茨教授后来曾评论说(私人通信),这门课如果对沃森起过作用的话,那只是起了相反作用,即驱使他证明豪罗维茨的讲法是错误的。这些讲稿写得很有生气并于1949年夏交科学出版社,以后只做了很少增补。虽然豪罗维茨提到了格兰德的统计上的核苷酸以及查格夫1948年关于碱基组成的结果,但他认为:“根据目前的知识水平,我们还不能说核酸是不是物种特异的。”(豪罗维茨,1950,223)如果核酸不是物种特异的,那么核酸只能具有“次要作用”。他相信要详细说明蛋白质之类复杂的分子,只能用同样复杂的分子即蛋白质来解释。只是在1961年,克里克及其同事展示了分段单向阅读三联的或多个三联的核苷酸密码后,豪罗维茨才承认DNA是遗传物质。豪罗维茨合成蛋白质的示意图见图18.1。

实际上,这些讲演几乎都没谈到核酸。一个学生写了一篇关于核蛋白的学年论文,但压根儿没提到DNA在遗传中的重要作用;沃森的论文是关于溶菌酶,因此他没有机会专门研究核酸方面的文献(沃森,1949a)。

沃森在布卢明顿期间,为索恩本写了一篇25页的文章,题目是《衣藻性别的遗传学》。他分析了F.莫武斯和R.库恩的工作,着重讲了生物化学方面的问题。这使他引进一种新的方案来研究遗传控制衣藻性别的机制。他承认这个方案远不及“原来莫武斯-库恩提出的那样简便”,但他说新方案没有什么明显的矛盾,他以下面这段话作为文章的结语:

尽管有这些变化,莫武斯-库恩在性别方面的研究还是第一流的,因为他们作了极为大量的研究。然而,在(莫武斯做的)遗传分析方面,人们常感到有些作为事实写成的报道只是作者的如意算盘而已。人们很难想象所有已报道的工作是怎么完成的。肯定有些实验或者根本没有做过,或者是报道失实。而且,我们不得不重复这句话——对基因作用这样重大问题的研究,应该各自进行重复试验。

(沃森,1949?b)

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A=吸收的氨基酸,NP=核蛋白模板,R=复制链,Ala=丙氨酸,Tyr=酪氨酸,Va1=缬氨酸,Ser=丝氨酸,Leu=亮氨酸,G1y=甘氨酸。

图18.1 (a)豪罗维茨的蛋白质复制图,表明在多肽链模板(T)的氨基酸同由非专一酶连成复制链(R)的游离氨基酸之间一一对应的引力(录自豪罗维茨,1950,345);(b)一一对应引力复制的蛋白质模板,核酸的作用是托住伸展构型的模板链(录自豪罗维茨和克兰普顿,1952,48)。

这段话看来是沃森第一次明确表达了他已认识到基因作用的化学过程是极为重要的。后来,莫武斯本人也不得不承认不能重复他的试验结果。

1948年夏,沃森一直在冷泉港做有关噬菌体的试验。他在那里结识了厄恩斯特·迈尔及其家人。迈尔一直喜欢这个风趣、活跃的小伙子,并很敬重他在科学上的认真及专一。据迈尔说,冷泉港的人都承认艾弗里工作的重要性,并相信DNA对决定遗传特异性起作用(私人通信)。此外,四十年代卢里亚在纽约工作期间,曾多次访问洛克菲勒研究所,因而同艾弗里有较深的交情。卢里亚回忆说:“我很尊重他,我也认为他是一位名人。”(卢里亚,1968)那里的人都知道艾弗里的研究工作“异常重要”(同上)。此外,德布吕克和艾弗里兄弟罗伊都在范德比特大学工作,罗伊曾给他看了艾弗里写的关于判明转化因子的著名信件(德布吕克,私人通信),德布吕克在洛克菲勒研究所访问过O.T.艾弗里。因此,沃森相信DNA在遗传中起重要作用是不足为奇的。

但是,我们又如何来解释沃森在布卢明顿工作时,却没提到DNA呢?为什么在他论文中唯一提到DNA的那些话,态度也不明朗呢?经X线照射的噬菌体和经紫外线照射的噬菌体相比,光复活作用的频率极低,关于这个问题他只提到了在光复活作用同噬菌体核酸部分对紫外线的特定吸收之间可能有某种关系。这种关系“还不能确定”(沃森,1950,39)。他觉得西摩·科恩发现细胞经紫外线照射的噬菌体感染后没有DNA合成“是很有意思的”(同上,42)。如果卢里亚真的相信DNA是噬菌体的遗传物质,那么他怎么会说,“DNA可能主要同活性噬菌体粒子的最后‘烘焙’阶段有关”(卢里亚,1950,509)呢?

这显然是因为对卢里亚、沃森和噬菌体小组其他成员来说,DNA的确切作用仍被认为是一个悬而未决的问题。这要由化学家,而不是生物学家来解决。当时,生物学家正忙于从生物学角度探索基因的复制机制。卢里亚和沃森希望对噬菌体越了解,就能越来越触及基因的本质。卢里亚认为:“辐射处理对于掌握基因的性质很有帮助,因此我感到解释对于噬菌体这种简单生物的辐射效应,有助于说明辐射对基因的影响。”(卢里亚,1968)在1950年前,他的研究工作大部分是基于这个观点进行的。卢里亚已承认,他们噬菌体小组中有许多人“还趋向于认为也许要到蛋白质中去寻找答案,因此我们可能太优柔寡断了”。这种迟疑不决的态度持续的时间太长了,因为“只要你研究噬菌体,而不是较多地从事化学方面的研究……你就会说:我们不知道哪一个(核酸还是蛋白质)是关键性的……”(同上)。到1950年,有三件事促使卢里亚改变态度:发现渗透冲击可使噬菌体粒子的内含物释放出来而留下噬菌体“外壳”(安德森,1949);发现噬菌体的光复活作用(杜尔贝科,1949);沃森的不明确的研究结果。显然,已到了改变研究策略的时候了。

噬菌体的膜和内含物的不同功能

在沃森到卢里亚那里工作之前很久,就已摒弃了把噬菌体看成某种由核蛋白构成并起自体催化酶作用(见第九章)的“原始基因材料”(赫尔希,1966,100)的概念。腊斯卡(1941)以及卢里亚和安德森(1942)拍摄的精子状的噬菌体粒子电镜照片,清楚地表明噬菌体是有组织结构的。另一方面,游离噬菌体粒子的代谢惰性又使噬菌体小组的成员不敢把噬菌体粒子看成是细胞内的粒子。结果卢里亚提出,噬菌体在寄主细胞内分裂成更小的单位。毫无疑问,下一步自然是研究噬菌体分裂的化学过程。那些采用德布吕克研究方法的科学家仍坚持研究遗传学,并继续把他们的信心寄托在复感染复活那些现象上。当时,德布吕克给人们的印象是他并没有那样讨厌酶及中间代谢,而是对它们有些冷淡。另一方面,卢里亚直截了当地表明他对代谢研究不抱乐观态度。然而,噬菌体小组并没有排斥生物化学家。生物化学家要使别人理解他们的工作确是件难事,他们必须用非专业的术语解释他们的工作。他们中间的西摩·科恩常感到生物化学的工作未被人们所理解。我们看到,1951年左右,噬菌体小组对化学的态度确实改变了,但那时,代谢研究看来不会提供解释噬菌体复制的线索。第一位加入噬菌体小组的生物化学家是西摩·科恩,他在哥伦比亚大学生物化学系得到培训,当时在那里已应用同位素。科恩是查格夫的第一位攻读博士学位的研究生,他研究促凝血酶原激酶化学和立克次体化学,涉及核酸成分的抽提。然后,他到普林斯顿与斯坦利共同研究植物病毒核酸。战争爆发后,由于工作需要他又回到哥伦比亚研究立克次氏体,后来由于这项工作移交给费城大学,科恩也随同前往继续进行研究。

在此期间在斯坦利领导下,科恩对病毒感染的机制发生了兴趣。科恩曾多次问斯坦利“为什么没有开展对TMV繁殖的研究”。斯坦利回答说,他们有许多工作要做,要集中力量研究噬菌体本身。因为正如他们所相信的,“对噬菌体的分析可获得揭示噬菌体如何活动的线索”(科恩,1973a)。科恩知道,“单是看看病毒”是得不到他想要得到的东西。“特别在当时我们认为要关心的不是核酸而是蛋白质。”(同上)

战后,科恩试图用组织培养的细胞来研究病毒感染,但失败了。然后,他开始同托马斯·安德森进行合作。当时,安德森正用电子显微镜研究流感病毒和立克次氏体。安德森给他讲解了噬菌体研究的技术,这样科恩开始了一项定向研究。

当时(1945年),我只想匀画出噬菌体感染细胞的一般参数——哪些同未感染细胞是一样的,哪些是不同的。我先研究这些细胞的呼吸,并指出毫无变化。当时我正在寻找“可乘之机”并做那些最容易的工作……在研究斯坦利提供的核酸时,我碰到不少难题,我的立克次体研究工作有相当一部分与核酸有关。我们有相当灵敏的比色技术来研究核酸,而蛋白质方法就不那么灵敏。

(科恩,1973a)

1945年12月,科恩访问了范德比特大学并向德布吕克、卢里亚和其他噬菌体研究人员描述了他用比色法研究感染细胞中总的氮掺入和DNA合成的结果。他发现在感染后有七分钟延迟,随之而来的是DNA合成率迅速增加。他的听众不知道怎样理解这七分钟延迟,也不知道是否真有其事。

他们对提出新数据的这个人,也许还对这些数据的正确性感到疑惑。他们也想知道我是否相信这一数据,要加入噬菌体小组的这个家伙到底是个什么样的人。他们中间谁也没有做过核酸测定,很少有人做过。因此,没有用艾弗里的术语讨论过核酸。

(科恩,1973a)

翌年夏,科恩参加了冷泉港第二期噬菌体讲习班。1947年,他向冷泉港讨论会交了论文。1948年他第一次发表了32P掺入噬菌体的研究,他表明噬菌体后代中的同位素,大部分来自寄主细胞感染后从培养基中吸收的物质(科恩,1948)。劳埃德·科兹洛夫在芝加哥大学生物化学教授厄尔·埃文斯的提议下,也在研究经噬菌体感染的细菌细胞的代谢。他在1946年参加过德布吕克举办的噬菌体讲习班。而且像科恩一样,在哥伦比亚大学他也接触了同位素研究。不久,弗兰克·帕特南到科兹洛夫那里工作,并在芝加哥大学的生化化学环境中着手研究磷的来源,得到了两项惊人的发现:20%~30%寄主细菌DNA掺入了(在降解后)噬菌体DNA;感染性噬菌体的磷只有20%~40%掺入后代噬菌体。

非特异性转移

1949年,发现能在噬菌体后代中找到的噬菌体磷不到1/2。1950年夏,科兹洛夫和帕特南宣布上述结果时,沃森正在冷泉港工作。他回忆说,他们的谈话给了他“很大影响”。正如沃森所说,倘若卢里亚和他认为DNA“看上去”像基本的遗传物质(《螺旋》,23)而同时“他们又不能肯定只有噬菌体DNA携带遗传特异性”(沃森,1966,240),这确是令人失望的。也许可争辩说,噬菌体DNA是由遗传和非遗传这两部分组成。当时科恩建议做一个第二代的实验来检验这种“两部分构成”理论。如果这个理论是正确的,那么32P由第一代传给第二代不应是30%而是100%。1950/1951年间的冬季,沃森和奥利在哥本哈根做了这个实验。实验结果表明传下去的只有30%而不是100%。

在描述这一结论的论文中,沃森和马洛断言排除了两部分构成理论,但“如标记硫,会专门标记噬菌体的蛋白质部分,也许会得到不同的答案”(马洛、沃森,1951,508)。这样,卢里亚对生化研究价值的最坏预感得到了证实。卢里亚在写给保罗·韦斯的信中说,沃森在这项示踪研究工作中的主要贡献,“也许在于他提供了证据,证明示踪技术不足以分析病毒繁殖时遗传连续性的化学基础”(卢里亚,1951)。过了大约五个月(1952年3月),卢里亚向赫尔希透露,他“从去年夏天起,一直认为35S也有30%~50%的转移,因此我的想法是所有的转移都是非特异性的(至少可认为遗传物质本身会迅速地转换)。因此,我们可暂时不把转移实验作为遗传连续性的证据”(卢里亚,1952a)。

马洛和沃森并没有止步不前,而是继续检验14C标记的腺嘌呤和甘氨酸的转移。他们发现腺嘌呤的最大转移量为50%,而甘氨酸转移的只有10%~15%(沃森,1952b,114)。1951年8月,沃森在给全国小儿麻痹症基金会的报告中,叙述了这项工作:

我们一直很关心核酸的代谢,特别是在遗传单位繁殖期间核酸的结构稳定性。就是说,繁殖的方法确是以原来的单位(基因?)作为新形成粒子的“模板”,然后当复制完成时就消失,或者是由一种过程来完成复制,这一过程必然涉及原来粒子掺入到后代粒子……

目前我们的结果……是十分出乎意料的。将近50%的核酸传给后代,蛋白质只有10%~20%。此外,我们发现破坏病毒传递遗传特异性能力的紫外线和X射线等因子,对同位素转移没有太大的影响,因此同位素的转移也许不是专一性的。

(沃森,1951a)

沃森作为默克研究人员

1949年秋,讨论了沃森未来的计划问题。在卢里亚-德布吕克的圈子里,人们“常谈到他们早年的生活”,这给沃森留下了“明白无误的感觉,欧洲按部就班的传统更有助于产生第一流的想法”。因此,卢里亚很自然地会想起参加过噬菌体讲习班的一位欧洲科学家——赫尔曼·卡尔卡,他当时在哥本哈根国立血清研究所工作。1949年时,卢里亚仍希望研究经噬菌体感染的细菌代谢将提供噬菌体繁殖性质的线索。后来,他对保罗·韦斯回忆说,他曾想到沃森

不仅应接受第一流的训练,而且应该接受各种各样的训练,使他能评价、选择和应用各种研究方法以解决生物学的主要问题。我们建议他申请1~2年资助到哥本哈根去,我们想一方面他可以学到研究核蛋白合成的酶和同位素等现代技术,另一方面可以开阔高级物理学方面的知识……以通晓物理学家研究分子结构的方法。

(卢里亚,1951)

值得一提的是,卢里亚把沃森在哥本哈根的研究课题称为“核蛋白合成的酶学和同位素研究”,但沃森却说是“核酸代谢”(沃森,1951)。还有一点要注意的是,马洛和沃森在为磷转移论文原稿撰写的前言与正式出版时的前言在字句上有改动。虽然他俩满怀信心地写道,用32P“可标记遗传物质”,而在《美国国家科学院院报》刊出时(德布吕克重写了这篇前言)则改成32P可能“标记病毒粒子”(马洛和沃森,1951,507)。

沃森同马洛合写的另一篇论文描述了他们如何成功地把32P和14C标记的腺嘌呤从原来转移的30%提高到50%的最大值,其中大部分转移到早期形成的噬菌体中。他们承认,这一结果还不能使他们确定转移是通过大大降解的亲代物质或通过大的、遗传专一的单位(沃森、马洛,1953,441)。科兹洛夫很好地描述了这些同位素研究:“人们认识到,在遗传信息的传递同亲代物质的传递之间可能有直接联系。但是,所有这些早期实验都未能证明这种联系”(科兹洛夫,1966,111)。选择T-偶数噬菌体来确定噬菌体的化学组成是正确的,但遗憾的是这些噬菌体不适宜用来追踪这些组成的转移。这些噬菌体的核酸比用于复制的要多得多。这样产生的剩余现象使我们难以搞清遗传转移同化学转移之间的联系。

读者也许要问,沃森身边那些人对DNA是遗传物质一事抱什么态度。马洛对这个问题没有明确态度,但他确实回忆到沃森常常到图书馆查看遗传学文献。沃森甚至向马洛透露过,只有知道了DNA结构,才能了解交换的机制(马洛,1974)。克里克对这个证据的看法是令人失望的,他认为这是沃森的典型说法,是五分钟前才想到的一种“意义深远的”陈述(私人通信)。这不是反映了沃森想到的DNA同遗传物质行为之间的一种联系吗?他确是这样想的,但这种联系只是一种希望。沃森在哥本哈根期间以及他在剑桥大学的头七个月里,这种联系是否存在还是个悬而未决的问题。直到赫尔希-蔡斯有所发现后这种情况才有改变。

沃森迁往剑桥

我们没有证据说沃森在1950年底到1951年初的那个冬天里,渴望从研究微生物的代谢转到研究结构化学。他同马洛合作的那些实验已向他表明他“做的工作,没有一项会告诉我们基因是什么以及基因是如何繁殖的”(《螺旋》,28)。他在内心深处担心基因可能具有“极不规则的”结构,因此直接研究它的结构难以取得成功。使沃森彻底改变态度的是莫里斯·威尔金斯的一篇论文。那是1951年春天,沃森参加了在那不勒斯举行的一次会议,会上威尔金斯出示一张DNA晶体的X光照片。他还表示,希望解决了DNA的结构将有助于了解基因是如何起作用的。

沃森突然对化学发生了极大兴趣。他回忆说,他当时知道“基因能成晶体,因此基因的结构一定是有规则的,是可直接研究解决的”(《螺旋》,33)。顿时,他开始想同威尔金斯合作,但当他同威尔金斯接触谈起基因问题时,未能使威尔金斯感兴趣(他从未问过威尔金斯他能否到伦敦的皇家学院工作)。我们从卢里亚写给当时默克研究人员董事会主席韦斯的信中知道后来的情况:

第一阶段的研究计划(沃森学习同位素)是成功的,沃森学到了不少技术并成功地应用于病毒合成的同位素分析。与此同时,在整整一年里沃森始终感到,由于不是他力所能及的种种原因,在生物化学方面他没有得到期望得到的有益的指导。沃森卓有成效的研究主要是去年在哥本哈根同国立血清研究所的马洛博士合作时完成的,马洛现正在美国,他将逗留一年。沃森觉得,即使仍留在哥本哈根,他的计划也得作较大的变动。我也对他说,哥本哈根也许并不是最好的地方,如果夏天能到美国和瑞典作一次考察是极有价值的。

正在这个时候,我碰巧遇见了设在安阿伯的卡文迪什实验室的肯德鲁博士。他谈到了该实验室在研究蛋白质结构上已取得的令人鼓舞的最新进展,并提起佩鲁茨打算广泛研究有生物学重大意义的分子结构。肯德鲁似乎很赞赏同具有沃森那种兴趣的人工作一段时间的想法。我们考虑莫尔蒂诺研究所病毒核蛋白专家罗伊·马卡姆博士作为可能的人选。在我的建议下,沃森访问了剑桥,那里的研究小组给了他很大的触动,因而他的计划也作了相应的变动。他的计划包括两个方面:一是开展对病毒的生物化学研究,但他的方法将不同于哥本哈根那些科学家采用的方法;二是学习X光衍射分析的理论和技术,并应用于病毒研究。但是,我怀疑他没有很清楚地向委员会阐明上述计划。

我个人认为,研究与生物复制有关的基本结构时,这种方法比同位素方法更为有效。我自己也已把实验室的重点转移到病毒物质的结构分析上……

最后,我觉得沃森目前的计划绝不是不切实际的,而是经过深思熟虑,为今后能在生物学上作出更大成绩作准备。默克研究员职位对实现他的计划很有利,因为这提供了进修不同学科的机会而不强调任职期间研究的成就。沃森现在还很年轻(我想他只有23岁),因此他有“远大的前程”。他的知识面越宽,基础越扎实,他能取得的成就就越多。我想大家都会为他而感到骄傲。

(卢里亚,1951)

应指出的是,这封信并未提供证据说明沃森为了发现DNA的结构而想迁居剑桥。这封信告诉我们,卢里亚和沃森相信,探索基因的最有效的方法是研究从细胞、细菌病毒和植物病毒里提取出来的核蛋白和核酸的分子结构。保罗·韦斯最近查阅了保存在华盛顿的有关沃森获得研究员职务的书信后,写道:

事实是我们可以肯定,在他担任研究员的第一年里,他的主要兴趣和活动基本上集中在噬菌体在感染细胞中繁殖时核酸的稳定性或不稳定性。一开始他就寻找核酸在病毒和基因这类大分子结构复制时的功能的线索。我对此是深感满意的。从这个意义上说,他申请延长一年研究员任期是他原来的生物化学研究计划合乎逻辑的延伸。正如1951年10月20日卢里亚写给我的那封信中所说的,是他和马克斯·德布吕克促使沃森更多地关心分子结构的物理学问题……也正是在这一点上,核蛋白结构而不止是核酸合成成为人们最注目的问题了。

(韦斯,1973)

沃森也许太天真了,以为默克研究人员董事会会同意他改变计划。沃森告诉我们同他“合作得很好的”卡尔卡爽快地签字同意了他到剑桥研究分子结构的计划(《螺旋》,43),但是这项计划未被批准。董事会主席保罗·韦斯后来回忆说,他们每年只能提供十个默克研究员名额。如果要延长一年,一定要是第一年研究计划的继续。当时,博士后研究津贴是新事物。默克研究员基金是为已完成研究生学业而想进入一个新学科的科学家提供的。他们在取得博士学位后通常至少要做三年研究工作才会得到董事会的考虑。这位年仅23岁的生物学家竟想延长一年资助去摸索一个他一窍不通的新领域!不,那不行!沃森的申请要同新的申请者一并考虑,有些新的申请者的条件比他好,因为他们接触过结构晶体学。另一方面如果沃森愿意去斯德哥尔摩的卡斯珀森细胞化学研究所,他就可以得到第二年的资助。但是,沃森仍要留在剑桥,而且也不想隐瞒实情。沃森的母亲听到儿子遇到这些麻烦时,她“从印第安纳波利斯打长途电话给芝加哥的”韦斯,“恳求我‘坚持立场’,因为这个孩子要有一次教训”(韦斯,1973)。结果,达成了一个折中方案。韦斯将沃森的申请“提交全体董事讨论,并建议不取消研究资助,只是缩短一些时间”(同上)。最后决定延长到第二年五月而不是九月,第二年的资助从原来的3000美元减到2000美元。

这样,沃森就不搞细胞化学、微生物代谢和辐射生物学。在剑桥,他遇到了不搞实验细胞学的弗朗西斯·克里克。克里克谈到了1951年时的沃森:

……他是我碰到的,对生物学看法和我相同的第一个人。佩鲁茨和肯德鲁真正感兴趣的是晶体学和蛋白质,对遗传学并未真正感兴趣。我断定遗传学才是本质的部分,即基因是什么和基因的作用是什么。沃森是我碰到的与我看法完全一样的第一个人,但我已记不清这些看法的详细情况了,我只记得总的印象。有趣的是,他的背景是噬菌体研究,而我只读过一些资料,缺乏感性经验,我的背景则是晶体学,而他没有动手搞过,只是读过一些资料而已。 因此,当我们相遇时已形成了一个全面的想法,所以我们一见面就讨论起细节问题——如基因的组成等等。

(克里克,1968/1972)

弗朗西斯·克里克

在《美国文理科学院院报》(Daedalus)[1]上发表一篇介绍弗朗西斯·克里克生平的文章,这篇文章经修改后收入由杰拉尔德·霍尔顿(奥尔贝,1970; 1972)主编的《二十世纪科学》。这里要指出的是,克里克就学于米尔希尔学校和伦敦大学学院,并取得物理学二级学位(1937年)和开始研究水的黏度。第二次世界大战爆发后,他先在特丁顿,后在朴次茅斯附近的哈文特的英国海军部研究实验所服役,因而中断了这项研究。战争结束后,克里克仍作为科学家留在海军部里,但他希望有朝一日能从事基本粒子物理学或生物学的研究。激发他对生物学产生兴趣的一件事是薛定谔的著作《生命是什么?》。另一个是“宗教”的因素,他想“表明那些看似极为神秘无法用物理学和化学解释的领域,事实上是可以用物理、化学解释的”(克里克,1969)。进一步的帮助是哈里·马西爵士使他认识了医学研究委员会的秘书爱德华·梅兰比爵士。

实验细胞学

要是贝尔纳当时(1947年)在伦敦,克里克肯定会立刻投身于蛋白质X射线晶体学的研究。但是,当时贝尔纳出国去了,更重要的是梅兰比反对克里克直接进入这个领域,A.V.希尔则认为较聪明的计划是不留在伦敦而上剑桥,因为剑桥斯特兰奇韦斯实验室的戴姆·昂纳·费尔的实验细胞学小组一定能很好地把克里克引入生物学领域和他选定的领域所需要的生物物理技术。克里克选定的领域是“划分生命与非生命,比如说,典型的有蛋白质、病毒、细菌和染色体结构”(克里克,1947)。

在斯特兰奇韦斯实验室,克里克利用磁场对组织培养细胞吸收的粒子作了“弯曲”、“拖拉”和“刺激”试验。这些无关紧要的试验结果和克里克所作的理论探讨刊登在《实验细胞学研究》杂志上(克里克和休斯,1950)。克里克和休斯对植物学家海尔布伦把铁片插入黏菌的典型实验作了如下评论:“不管测定什么,肯定不能测定黏度”(同上,73)。罗伯特·钱伯斯对不同原生质的稠度差别的观察“甚至连近似的定量分析”也谈不上(同上)。他们接着说:

我们看不出,细胞质的协同化学反应为什么一定意味着细胞质的一种有组织的框架……我们确定的“结构”对正常细胞来说可能是非专一的和短暂的现象……

如果一定要我们提出一个模型,我们就会提出针线匣——一大堆各种形状和大小的珠子、纽扣、针及线,相互碰撞并由“胶体力”聚合在一起。

(克里克、休斯,1950,50)

克里克渐渐讨厌这个模型,实际上这些珠子、纽扣等物一定是要推拉、伸张和撕裂内质网状结构。

卡文迪什实验室

1949年初,克里克想去卡文迪什实验室加入佩鲁茨研究小组。佩鲁茨给梅兰比的信中说:“……他对蛋白质结构一直很有兴趣,并想从一开始就加入我们的小组,但是有人劝他在取得生命物质方面的经验之后,再对未来的研究领域作出最后决定。”(佩鲁茨,1949)

1949年6月,克里克成了卡文迪什实验室的工作人员。从沃森那里我们知道,不久克里克就惹起麻烦,因为他精力充沛地想解释血红蛋白的X射线数据。他自学了结构晶体学原理,但他的出发点不同于佩鲁茨、布拉格和肯德鲁。因此,他用不同的眼光看待他们的工作。

螺旋的傅里叶变换

克里克研究X射线衍射的结果,不仅使他怀疑佩鲁茨的帽盒模型(见第十七章)证据的可靠性,而且使他有信心去指导螺旋的傅里叶变换。

自从波林发表了α-螺旋后,布拉格一直在催促科克伦去研究螺旋的傅里叶变换,但这一要求没有生效。1951年10月底,V.范德交给卡文迪什实验室一篇论文,他已推导出部分正确的转换。布拉格给科克伦和克里克看了这篇论文,这样一来就足以促使他们去寻找正确的答案。科克伦虽然那时已拍摄了合成多肽的照片,但并未为这一成功而兴奋,他主要关心的是要改进结构晶体学的技术。

1950年,他的研究目标是:

……为获得有关价键和氢键的信息,做了相当精确的X射线测量,并设法发展解决晶体结构的系统方法。1951年6月我在美国逗留六个月后回来,途中参加了在斯德哥尔摩举行的一个会议。我听说了波林对α-螺旋的研究,但现在我记不清当时是否念过他的论文。根据我的经验,即使要确定嘌呤的晶体结构也是极其困难的,因此我认为他的工作是猜测的,而且我相信用X射线方法不可能确定蛋白质的结构。因此,我拒绝了布拉格间接要求我参加他的研究工作。在这种情况下,他建议我拍几张多聚甲基谷氨酸盐样品的照片,样品是他从考陶尔德实验室研究小组那里搞来的。我勉强做了,那是九月份的事。我相信当时我没有听说威尔金斯的研究工作,否则,我早就撤销这项研究,因为这是不可能成功的……因此,当我看到范德的论文时,我认为这个问题在相当程度上来说是空谈。范德已正确地研究出连续螺旋的傅里叶变换,但在研究非连续螺旋上他走错了路子。有了他的研究结果和我自己对傅里叶变换性质的经验,是容易找得正确答案的。克里克用了更复杂的方法也找到了答案。在这个问题上沃森的说法是正确的。过了一段时间,我看到我们的计算同我拍摄的照片是一致的。

上面就是我参与这项研究的全部情况。我们的短文是关于多聚甲基谷氨酸盐的结构,但尽管取得了这项成果,我没有想到这个理论同DNA有关,当时也没有想到DNA的实验数据同多聚甲基谷氨酸盐的数据一样好。我回顾了我自己的工作,不认为《自然》杂志那篇短文是很重要的。12月17日的日记有这样一段话:“……就研究工作而言,这是我在剑桥度过的最平凡的一个学期!”我记得在我们合写的短文发表不久,弗朗西斯十分激动地给我看了DNA结构的一个模型。从沃森的说明中我现在知道这是他们的一个错误的模型,但不管怎么,这个模型当时没有给我留下什么印象,因为弗朗西斯总是提出新想法,而且就我所知,这个模型没有任何实验证据。

(科克伦,1968)

克里克也参与了这项工作,因为他常在古老的卡文迪什实验室顶层的那间暗房子里(在他搬进附近的医学研究委员会的平房以前)同科克伦讨论问题。他们谈到了范德的那篇论文,科克伦说:“最好的做法是研究出只是一个原子的螺旋,完成这一步后,就可以研究出整个一组原子的螺旋了。”(克里克引用的,1968/1972)由于那天晚上(10月31日)克里克打算去参加一个品酒会,而且那天他感到不大舒服,较早离开实验室回家了。到家时他感到有些心烦,但还是着手推导傅里叶变换。克里克不知道科克伦也在研究这个问题,科克伦用了贝塞耳函数表,并很快发现波幅随函数的增大而下降的重要意义(见图18.2),克里克没有用函数表仍在死做,没有看出他的结果的重要性。第二天早晨,克里克知道了“科克伦已完成了非常好的推导,即先导出连续螺旋的变换然后乘以一系列平面。虽然我们得出了同样的答案,但我的办法笨得多。在我们的答案里都有一个错误,但很快就被纠正了”(克里克,1968/1972)。

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图18.2 突变量x和p的贝塞耳函数JP(X)(录自杨克和艾姆登,1933,192)。

这一推导为什么如此重要呢?理由有三。首先,它证明不那么受人重视的事实——在纤维图上没有三维点阵,因此不能像单晶那样处理纤维图,单晶所有的最大衍射都是可标定指数的点从而导出晶胞。克里克解释说:

如果有一组垂直螺旋的阵列,这些螺旋间距相等,互相平行,但在相位上下却不平行,那么将是什么情况呢?如果从上往下看,这螺旋是“朝上向下”都没有关系,仍是很有规则。与其对应的衍射图型位于赤道面上。这时在赤道面上可看到点,在层线上就不会有点,因为在其他所有角度上,都没有一致的相关系。你看到的是“带”。

(克里克,1968/1972)

这些“带”代表的不是点阵引起的衍射,而是螺旋分子本身引起的在连续结构因子中的周期性最大值——分子变换。贝尔纳和范库亨在解释TMV衍射图时就应用这一论据,由此可见其重要性(见第十七章)。

螺旋傅里叶变换重要性的第二条理由是,可由此作出支持多肽链α-螺旋及沃森-克里克DNA模型的预测。这样“根据两个不同的来源”(克里克,1954,214),即模型建造和X射线图的一般特征,就有可能得出同样的结构。因此,贝塞尔高序函数(见图18.3)“在达到2πRr的某一数值以前一直是极小的,而且……随着函数序数的上升而逐渐下降”(科克伦和克里克,1952,234)。对螺旋分子来说,其最大半径决定2πRr的上限值。因此可预料,没有一组原子“对层线上发生的反射幅度”起什么作用,“而这只同贝塞尔高序函数有关,因为2πRr位于图中曲线的最低部分”(同上)。科克伦和克里克进一步预料,子午线反射只能发生在包含零序贝塞尔函数的层线上(DNA中是衍射重复的第十根层线)。他们还说,像贝塞尔函数一样,这些“带”随着层线数的上升而脱离子午线。把这些预言综合起来,我们就得出目前大家熟悉的螺旋结构中没有子午线和十字交叉图型。这些情况似乎早被威尔金斯的同事A.R.斯托克斯所发现。早在1951年夏,他已绘制了螺旋结构的贝塞尔函数(见图18.4)。他收到科克伦和克里克发表在《自然》杂志上的论文的预印本时,他对克里克说,“你给出的结论同我已得出的结论几乎完全相同”,但他并不认为有必要把这些情况提供给《自然》杂志,“特别是有些内容我是刚刚得到的”(斯托克斯,1951)。

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图18.3 贝塞尔高序函数的变化(引自科克伦、克里克,1952)。

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图18.4 A.R.斯托克斯绘制的贝塞尔函数图。

螺旋傅里叶变换重要性的第三个理由是,可用来快速计算螺旋模型提供的衍射图,因为在此之前这种计算太麻烦了。波林把根据α-螺旋(1951)和后来根据他自己提出的DNA结构(1953)所作的预测,只限于赤道的形成因子(见图18.5)。这样,原来需要几个月的计算现在只需几个小时就可完成了。

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图18.5 5.1残基螺旋(γ)和3.7残基螺旋(α)形成因子对赤道反射的平方(录自波林、科里和布兰森,1951)。

沃森同克里克的合作

克里克是晶体学专家,沃森是噬菌体遗传学专家,但他们之间的合作并不是这种专长的相加。确切地说,所研究问题的性质决定了他们合作的特点。他们要研究的问题是推测DNA的结构,然后证明他们的推测同所得的数据吻合一致。“推测”涉及结晶学的论据,通过一系列步骤得出DNA模型。这些步骤只要有一步是错的,模型就错了。有两个人共同研究这样一个问题的好处是显而易见的。克里克说,例如,如果

……我有一个想法,当弄清楚这同我们的研究课题不相干时,沃森就会毫不含糊地对我说这是胡思乱想;如果是他,我也会这样说的……这种合作要求我们相互之间非常坦率,甚至可以说有点粗野。如果合作双方的年龄相差太大,大家就会客客气气,这就意味着科学上的良好合作的结果。

(克里克,1962,13)

在克里克的精心指导下,沃森学到了不少晶体学方面的知识,我们在二十一章里将看到他在这方面作出了贡献。而且,他继续表明独立作出判断给他带来了好处。当沃森坚信某些观点时,即使是克里克的有力论据也动摇不了他。但是,沃森对克里克掌握遗传学作出过什么贡献呢?

休斯-蔡斯实验

克里克认为探索DNA结构是很值得的,因为核酸构成了人们普遍认为是遗传物质的核蛋白复合体的一个部分。其实,DNA是一种结构未知的化合物,就足以表明研究它是有道理的。但是,沃森需要有更多的生物学上令人信服的理由。我们已讨论了有关证据,证明在1951年沃森决心要表明DNA就是遗传物质。我们现在要指出一个事实,即在1951年卢里亚实际上已否定了这个结论,并谈到了在噬菌体粒子“最后烘焙”阶段加到噬菌体遗传蛋白质单位中的“DNAA细胞质”(卢里亚,1952)。即使沃森没有接受卢里亚的观点,至少他把卢里亚的发现通知了克里克。克里克可以回想起,由于受阿尔·休斯和马莎·蔡斯于1951年到1952年在冷泉港所做的著名实验的影响,沃森改变了对DNA的看法。

这些实验是汤姆·安德森发现渗透冲击的合乎逻辑的发展(安德林,1949),即噬菌体悬浮在高浓度盐溶液后随即迅速稀释而致失活。这些失活噬菌体在电子显微镜下呈蝌蚪状的“外壳”。两年以后,罗杰·赫里奥特研究了这些外壳的特性。他发现这些外壳能吸附在细菌上,抑制细菌繁殖并使它们裂解。化学和酶学分析表明实际上不存在磷(P/N=0.01),并提示它们是蛋白质。赫里奥特的结论是,对这些外壳的功能来说,噬菌体的核酸不是必需的。因此,外壳的功能限定在蛋白质部分或泰勒所说的少量脂类中。这是病毒的各种生物学功能在物质上分开的开始,以及这些功能同某些形态特性和化学特性相关连的开始(赫里奥特,1951a,754)。那年赫尔希开始深入研究赫里奥特的发现,从他们之间的信件往来中看到了下面这番话:

我一直在想——也许你也是这样——病毒也许像一根充满转化因子的、小小的皮下注射针头那样起作用;这样的病毒决不进入细胞,只有尾部同寄主接触而且也许依靠酶的作用形成一个穿通外膜的小孔,然后病毒头部的核酸流入细胞。

如果情况真是这样,那么两次实验本身说明了:只要知道如何进入细胞,就能只用核酸来形成病毒,当然这正是最难解决的问题。虽然我有解决这个问题的一些设想,但我并不因此感到自豪。另一件是如果上述看法是正确的,那么在细菌裂解后的碎片中能找到这些外壳。这一点应是不难做到的。我用35S去做这个实验。最近听说你已完成了一些非常相似的实验。如果你正在做这方面的研究,我就去做其他方面的工作,要做的事多得很。如果你的想法是全然不同的,我将解决上面提及的这个问题或想法。

(赫里奥特,1951b)

就在这个时候,赫尔希向德布吕克吐露:“赫里奥特声称渗透冲击没有释放出基本蛋白质,当然这并不重要。”(赫尔希,1951a)当他收到赫里奥特的来信,讲到噬菌体的皮下注射针头似的作用时,他回信给赫里奥特,解释了他是怎样得出类似的结论,但他没有一开始就假定进入细菌的是DNA。

我好不容易也得出了你的见解,即做了你计划做的35S实验……在噬菌体后代中只有极少量或根本没有35S,这是因为有时候我们能从噬菌体后代中分离出35S。我相信我们现在已有可靠的分离方法……

你对于核酸的看法是很引人入胜的。我现在还没有什么想法来证明它。目前,我们只能说分子内的原噬菌体或是非常之小或是非常脆弱的……

不管正确与否我想补充一点看法,即分子内的噬菌体不可能是可溶性核酸,更可能是很小的、高度组织的核。令人惊奇的是它也许含有很少蛋白质。

(赫尔希,1951b)

赫尔希发明的从感染物质中分离噬菌体35S部分的方法,就是用韦林搅拌器捣碎分离。他们做了各种试验,以分离噬菌体成分和确立它们的功能和化学组成。关于这项工作他们撰写了题为《噬菌体生长中病毒蛋白质和核酸各自的功能》的著名论文。他们的结论是,含硫蛋白质只在保护外壳中,负责“吸附细菌和把噬菌体DNA注射到细胞内”。他们说:“这种蛋白质对细胞内噬菌体的生长可能没有什么作用,DNA则有某种可能。”(赫尔希、蔡斯,1952,56)他们的证据并不令人信服,他们的化学数据当然也不及艾弗里·麦克劳德和麦卡蒂的数据,而且对于不含硫的蛋白质他们也一无所知。在蛋白质外壳中,硫标记的占90%,而不是99%,而在整个噬菌体中能查出的磷标记只占85%。既然如此,他们的研究结果为什么会受到人们的高度重视呢?一个简单的原因是,这是揭示了产生营养期噬菌体的第一步——DNA注射到细菌细胞中,留下了蛋白质外壳。进入细菌的微量蛋白质,同DNA和留在外面的蛋白质相比是微不足道的。沃森写道:“他们的实验为证明DNA是主要遗传物质,提供了新的强有力的证据。”(《螺旋》,119)

赫尔希-蔡斯实验得到承认

在二月或三月里,赫尔希一定已把实验情况告诉了他的朋友。马洛在回信中,把他们的工作说成是“极好的,对我们大家都很有启迪作用”(马洛,1952)。德布吕克认为:“这是你撰写的最好的一篇论文,我指的是关于遗传物质方面的论文。我真想妒忌你……魏德尔的论文提供了很有启发的证据,即细菌膜对噬菌体有某种作用,也就是能引起噬菌体物质的释放。他斩钉截铁地说,这不是DNA,但我认为这一定是DNA…”(德布吕克,1951)看来只有卢里亚不愿接受赫尔希的结论。他只是在最近送一篇论文给英国的普通微生物学会,他仍认为营养期噬菌体是DNA很少的粒子,后来才加进了DNA含量丰富的细胞质。卢里亚写这篇论文时,仍认为35S标记的噬菌体中有30%~50%传给了后代。3月3日,他写信给赫尔希:

你指出35S并不转移是很及时和有参考价值的,但要改变我对蛋白质和DNA的整个看法为时太晚了。你的报告使事情复杂化了。

我得说,你所说的情况听起来是令人信服和言之成理的,特别是加热细菌,早期使蛋白质和DNA分开的证据给我深刻的印象。但是,有些情况使我迟疑不决,到底是DNA还是蛋白质支配繁殖……

你在我的硕士论文中会发现,在谈到有关DNA-细胞质问题时,虽然已取得了详尽的证据,但提法上是犹豫不决和附带一些条件的……当我收到你的这篇意义深远的文章时,我一时还猜不出关于外壳等的证据是哪一种类型的证据。我仍认为,许多蛋白质很有机会进入细菌并在遗传上起作用,但由于许多原因中的某个原因,未能发现35S的转移。

(卢里亚,1952a)

使卢里亚拿不定主意的一个事实是,从认为的营养期噬菌体中没有DNA。“人们不得不设想DNA从早熟噬菌体或原黄素裂解噬菌体中失去了。”他反对的恰恰是一定这样发生的情况!

在对待赫尔希的实验成果上,沃森的反应不同于卢里亚。由于政治上的原因,卢里亚未能参加1952年4月举行的普通微生物学会的牛津会议。对于赫里奥特、赫尔希和蔡斯的研究工作,卢里亚还是设法发表了简短的书面讲话,但沃森在讨论会开始时发表的长篇讲话中充分肯定了赫尔希-蔡斯的实验。他说:“人们自然地会得出结论说,病毒蛋白质的功能主要是作为DNA的保护外壳,遗传专一性的世代永存主要是或完全是DNA的功能。”(沃森,1952,114)当有人用核酸和蛋白质的相互作用来解释这一结果时,沃森反驳说,他认为这种关系更像是“在帽盒里的帽子的关系”(同上,116)。对大多数听众来说,这位挥舞着一封航空信和滔滔不绝谈论DNA的修长的年轻美国人并未激起他们的信心。而且,弗雷德里克·鲍登爵士文雅而有趣的辩才更加深了听众对沃森的不利印象。

噬菌体小组作为一个整体,也没有在1952年马上去研究DNA。在巴黎附近鲁瓦杨山举行的噬菌体讨论会上,赫尔希以特有的谨慎态度说:“在繁殖过程中,保存下来的不是亲代的膜成分而是亲代的DNA成分,至于结果是否有重要意义同,目前还不清楚。”(赫尔希,1953a,110~111)他的讲话听上去似乎不是过分热情,其实他几乎要为发现还不够明确无误,而表示歉意。

研究细菌的病毒感染不断取得成果,这是现有的研究成果所无法预示的。从好的方面来说,这意味着研究工作正在取得进展,至少也说明了我们的研究领域的发展是健康的,会取得进展的。

(卢里亚,1952a)

科恩认为,T-偶数噬菌体的研究工作到1951年底已暂时停顿下来(科恩,1969,17),甚至在鲁瓦扬山会议时,噬菌体研究人员并不知道“噬菌体DNA是病毒遗传连续性的唯一载体,现在所发现的细节可从DNA的结构和功能来了解”(斯滕特,1966,6)。科恩的这一看法不同于斯滕特的意见。直到发现了5-羟甲基胞嘧啶(怀亚特、科恩,1952;赫尔希,1953)情况才有了变化,因为这一发现使得有可能使宿主与病毒DNA合成分离开来,并提示了存在寄主中找不到的病毒的酶。这样,产生病毒酶的能力可用来确定遗传标记。另一方面,这些进展并不是在1952年突然取得的。在复杂的噬菌体生物学领域中,还要作其他一些研究来澄清有关问题。这就是沃森-克里克提出的DNA模型。

【注释】

[1]Daedalus,代达罗斯,希腊神话里的建筑师和雕刻家,曾为克里特国王建造迷宫——译者注。

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