第四篇第八章分子舞台的两位名角——沃森与克里克
1953年4月25日出版的英国《自然》杂志第171期，刊登了沃森和克里克合作写出的一篇论文
——《核酸的分子结构》，提出了DNA(脱氧核糖核酸)双螺旋结构的分子模型。此项成就现
在被誉为分子生物学诞生的标志，是20世纪中生物学的最伟大发现，堪与达尔文提出进化论
相媲美。
沃森是美国人，少年时是神童，15岁就进了艺加哥大学动物
学系。1947年大学毕业，由于对遗传学产生了兴趣，决心弄清“基因究竟是什么”，他选择
了遗传学作为自己读研究生的专业方向。1950年他获得博士学位，经导师介绍，1951年秋来
到英国剑桥大学卡文迪什实验室，从事蛋白质和多肽分子结构的研究工作。在这里，遇见了
他的研究伙伴克里克。
克里克是英国人，1938年毕业于伦敦大学，学数学和物理。1940年
，因战争需要，克里克中断了研究生学习，进入英国海军所属的一家研究所从事武器研究。
第二次世界大战结束以后，克里克选择生物学作为自己的研究方向，想把物理学知识用于对
生命问题的研究。1949年他来到剑桥大学卡文迪什实验室，从事蛋白质和多肽分子结构的研
究工作。
沃森和克里克研究志趣相同，知识基础有互补性。尽管两人性格不同，沃森内向，克里
克开朗，年龄差别十几岁，但两人合作得非常好，被人称为“黄金搭档”。克里克后来说过
：“我认为，我们两人中似乎无论谁都不能独立发现”DNA的双螺旋分子结构。
沃森和克里克是怎样工作的呢？为了便于理解他们的工作，先来介绍一下遗传物质。遗传物
质是核酸，核酸的基本单位是核苷酸，核苷酸又由碱基、糖和磷酸组成，许多核苷酸相合、
组成长长的链子，这就叫做核酸。核酸可分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。
RNA所含的糖是称为核糖的五碳糖，而DNA则含有由核糖脱去一个氧原子而成的脱氧核糖(
脱氧就是没有氧)。RNA所含的碱基为胞嘧啶(C)、尿嘧啶(U)、腺嘌呤(A)和鸟嘌呤(G)四种
；而DNA也有四种碱基，除胸腺嘧啶(T)代替了尿嘧啶(U)，其做三种碱基与RNA相同。
DNA(脱氧核糖核酸)好似一个模板，能自我复制。种瓜为什么能得瓜?就是遗传物质由亲代
传给子代的结果。遗传物质为什么能自我复制呢?它是怎样复制的呢?这些机理都蕴藏在沃森
和克里克的DNA双螺旋结构模型的伟大发现之中。
沃森和克里克于1951年11月开始合作研究DNA的分子结构问题。此前当时已经有两组科学家
在研究这个问题，而且已经取得了一些进展。一组是在伦敦国王学院工作的维尔金斯和富兰
克林另一组由美国加州理工学院鲍林领导。沃森和克里克对这两组的研究
进展情况都很了解，他们认为，如果他们自己像这两组一样从实验做起，先得到DNA晶体，
再做X射线晶体衍射分析，得到实验数据再考虑DNA的分子结构，那么他们一定落在这两组后
面。于是他们决定利用别人的实验数据，直接从建立DNA分子结构模型入手，迎头赶上。
发现DNA结构模型
沃森和克里克初出茅庐，日夜苦干，决心摸清DNA结构，一举夺魁。
1951年 5月，沃森在一个科学会议上遇见了维尔金斯，维尔金斯身边正带着几张 DNA的X光
衍射照片。沃森立即向维尔金斯虚心求教，并开口索要DNA的X光衍射照片。维
尔金斯也不保守，不仅满口答应，还诚恳地向这位年轻人谈了自己的猜想。沃森惊喜异常
，深受感动。
沃森回到卡文迪什实验室后，立即把收获告知了克里克，并同克里克一起进行研究。
他们对不太清楚的照片进行分析，认为DNA的结构肯定是螺旋形的。
沃森拿起一个放大镜，又仔细地扫视着图面，突然，他把目光停在一个十字状的地方
，对克里克说道：“这地方有个交叉，我看这种螺旋很可能是双层的，就像一个扶梯，旋转
而上，两边各有一个扶手。”
克里克也感到很兴奋，他说：“很有可能。维尔金斯小组的富兰克林也认为它是双链
同轴排列，现在看来这个问题就只差一层窗户纸没有捅破了。在这个双螺旋体里，到底T
、C、A、G这4种物质怎样组合排列，弄清这个也就弄清了DNA的模型。”“看来，我们现
在的主攻方向应该是制出一个DNA模型，有了这个模型才能说清遗传机理。”
他们找来金属绞合线，又参考了富兰克林测得的一些数据，在实验室的车间里开始制
作模型。他们反反复复，做成一个又拆掉，拆了一个又重做，但是，连续十几个月，他们
无论怎样摆弄，总是找不到一个理想的模型。
1953年元旦刚过，沃森和克里克就制出了一个新模型：在两股糖与磷酸的螺旋链之间，夹
着一一相同的碱基，A基与A基相对，T基与T基相对。这种模型倒是与已知的资料情况相符
，但是，构型却有点别扭，因为碱基分子大小不同，使两条外骨架发生了扭曲，看上去令人
感到不舒服。
沃森坐在桌旁，对着这个奇怪的模型陷入了沉思，他认为这样别扭的结构一般来说是
不可能的。因为自然界中的生物都常常以一种美的、合理的结构存在，他想神秘的DNA也应
该具有一种和谐的、美的结构，而绝不应该这样歪歪扭扭。
沃森这样想了一会儿，便把碱基拆了下来，换了个位置，大小搭配，让A基和T基配对，G基
和C基配对，这样一来，面前的模型宛如一条凌空飞舞的彩绸，那样舒展自如，而且又符合
前不久关于DNA结构的另一项发现：A、T两基的数目与G、C两基的数目正好相等。
DNA结构之谜从此解开，开辟了分子遗传学新领域。这个模型阐明DNA的分子结构是由双螺旋
的结构组成，故称双螺旋结构(见下图)。其螺旋的骨架是由
核苷酸的糖（脱氧核糖）和磷酸相结合而成的，从彼此反向的两根螺旋分别伸长开来的碱基
互相结合而形成双螺旋。碱基的配对必须是A对着T，G对着C，也就是A和T配对，G和C配对。
从大象到细菌，从变形虫到人类，所有生物都具有这种相同的双螺旋结构，只有特殊的噬菌
体是个例外。
双螺旋构造DNA由A和T、G和C各自成对连接成2条长链，
各个碱基对则由氢结合
1962年，即在模型发现后九年，沃森、克里克和维尔金斯共同获得了诺贝尔生理学和医学奖
，富兰克林于1958年因癌症逝世而与此奖无缘。诺贝尔奖委员会的正式评语是：“表彰他们
发现了核酸的分子结构和他们和它在生命信息传递中的价值。”值得注意的是，被称为分子
生物学基石的这个DNA模型的创建者都是年轻人，沃森当时仅25岁，克里克也不过37岁，为D
NA模型提供决定性实验资料的维尔金斯也是37岁。
独占鳌头的胜者
在向DNA分子结构进军的竞争者中，有好些世界顶级的科学家。据科学史家事后的
分析，鲍林、富兰克林、维尔金斯都有可能提出双螺旋模型。
1954年，鲍林本来准备参加在英国举行的一个学术会议，并安排了对维尔金斯的访问。
可是美国政府拒绝发给鲍林护照，未能成行，也就失去了看到帝国学院X衍射的照片的机会
。在科学史家奥尔比看来，如果鲍林看到了富兰克林的X衍射片子，“无疑再用他手边的材
料，会建造DNA分子结构的正确模型”，沃森和克里克也持这一观点。
富兰克林在不知道沃森和克里克模型的情况下，于1953年3月17日写了一篇论文(有打印件可
查)。据她的同事克卢格的研究，其已非常接近正确的DNA分子结构模型。维尔金斯证实：“
富兰克林笔记上的记录(3月17日打印件的前身)，肯定先于沃森和克里克的DNA模型。”
维尔金斯离正确的DNA模型也不远。1951年，他已认识到DNA分子的螺旋性，后又计算过其螺
距和直径。由于他假定DNA分子为单螺旋，所以建立模型的步伐不快。根据X衍射图的反复分
析，他已认识到那是一个糖—磷酸骨架在外而碱基在内的分子。奥尔比认为：“许多人相信
，给以足够时间维，尔金斯会提出DNA双螺旋结构模型。”
这些竞争者，或是结构化学的巨匠，或是X衍射的家，在这些专业的理论和技术上，远远超
过沃森和克里克，也没有像沃森和克里克犯那样多的错误。但竞争结果，获胜的却是犯错误
最多的，既不是结构化学家也不是X衍射学家的沃森和克里克。
他们在强手如林的竞争中之所以成为优胜者，一是他们具有敏锐的科学判断力，能迅
速地抓住遗传物质——DNA分子结构模型这一关键课题；二是具有高超的分析综合能力，善
于取百家之长，把当时的生化学派、结构学派和信息学派的研究成果汇合在一起，以解遗传
之谜；三是具有突出的勤于思考、不耻下问、勤于实践和不怕失败的科学品德。直接向他们
指出错误的有维尔金斯、富兰克林、格里费思、查尔加夫、多诺休，还有间接向他们提供
帮助的鲍林父子。
这两位年轻人做出如此重大的科学发现，真可谓：涓涓细流，汇成大海，博采众长，自
成一派。
