一直以来,人们都在探索着生命最初的秘密:到底是什么,令一颗豌豆发育为一个完整个体的过程。在这颗豌豆里,什么物质记录下了遗传的所有信息?遗传物质又是什么样子的?这些困扰无数人的问题,在科学家们多年接力式的探索后,才被两个年轻人,沃森(James Watson)和克里克(Francis Crick)解出谜底……
双螺旋结构的DNA储存着遗传信息
1856年-1863年
奥地利生物学家孟德尔(Gregor Mendel)勤勤恳恳地种了8年的豌豆,这就是大名鼎鼎的豌豆实验。孟德尔挑选了22个品种的豌豆,利用豌豆高茎或矮茎、圆粒或皱粒、白皮或灰皮的性状,通过数学计算发现了孟德尔第一、第二遗传定律,这是现代遗传学的理论基础,为后来的所有研究奠定了基础。
孟德尔的画像(网络图)
1902年-1903年
1902年初,年仅25岁的美国学者沃尔特·萨顿(Walter Sutton)在孟德尔遗传定律的基础上,通过对蝗虫细胞的观察,发现了染色体便是遗传的基本物质。在《生物学通报》上,他展现出了蝗虫细胞中成对的、可识别的、又彼此不同的同源染色体。1903年,萨顿提出“染色体中带有基因”的假说。
萨顿(网络图)
1928年
英国微生物学家弗雷德里克·格里菲斯(Frederick Griffith)利用两种不同的肺炎双球菌(分别为无毒的R型和有毒的S型),在小白鼠身上做了侵染实验。实验显示,如果将被灭活的S型肺炎双球菌与活的R型菌混合在一起,它们也能杀死小白鼠,这说明,死亡的S型菌体内含有能够使R型菌转变为有毒菌的物质,格里菲斯称之为“转化因子”。
格里菲斯(网络图)
格里菲斯实验示意图(网络图)
1944年
美国科学家埃弗雷(Oswald Avery)等人在格里菲斯工作的基础上,对转化因子的本质进行了细致的研究,做了一个新的“体外转化实验”。他们从S型菌里提取了DNA、RNA、蛋白质、多糖脂类等物质,分别与活的R型菌混合,结果只有混有S型菌DNA的R型菌杀死了小白鼠。这说明DNA就是“转化因子”,即遗传物质。不过由于埃弗雷提取的DNA不够纯净,其中混有少量难以去除的蛋白质,所以这个结论未能说服科学界。
埃弗雷(网络图)
体外转化实验示意图(网络图)
1952年
英国的女科学家罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)在博士毕业后,赴法国学了三年X射线晶体的衍射技术。1951年她学成归国,进入伦敦国王学院,与莫里斯·威尔金斯(Maurice Wilkins)一起研究DNA的化学结构。1952年5月,威尔金斯从化合物里的胶状溶液中制备出了DNA纤维,富兰克林则用高超的X射线晶体衍射技术拍摄下了一张极其清晰的DNA照片。
富兰克林(网络图)
富兰克林拍摄的DNA照片(网络图)
1952年
遗传物质到底是什么?在蛋白质与DNA两派支持者连年不休的论战之后,赫尔希(Hershey)和蔡斯(Chase)的噬菌体侵染细菌实验终于一锤定音,给出了肯定的答案:在这个实验中,他们用同位素的32P和35S分别标记DNA和蛋白质,最终发现新生的噬菌体里含有大量的32P,这说明DNA才是真正的遗传物质,蛋白质只不过是DNA的表达结果。
噬菌体侵染细菌实验的示意图(维基百科)
1952年
几乎是在噬菌体侵染细菌实验完成的同时,奥地利裔的美国生化学家查伽夫(Edwin Chargaff)利用更精确的纸层析法分离出了DNA中的4种碱基,并用紫外线吸收光谱进行定量分析,发现无论在哪种DNA样品中,腺嘌呤(A)和胸腺嘧啶(T)的数量始终相等,而鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的含量也始终相等。这个“查伽夫法则”为后续DNA结构的揭秘提供了重要的线索和依据。
查伽夫法则(网络图)
查伽夫(网络图)
1953年
只有23岁的美国人年轻人詹姆斯·沃森(James Watson)和35岁的弗兰西斯·克里克(Francis Crick)从威尔金斯那里得到了富兰克林拍摄的DNA照片,在这张照片的基础上,他们结合查伽夫的碱基配对数量结果,在富兰克林的帮助下设计出了DNA的双螺旋造型。1953年4月25日,沃森和克里克不足千字的文章出现在最顶级的《自然》杂志上,题目是《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》,向世界报告了这个足以改变历史的发现。
沃森和克里克在探讨模型(网络图)
1962年
1962年,沃森、克里克、威尔金斯三人因DNA结构的研究而获得了诺贝尔奖。富兰克林本该也能得到这一荣耀的,她在DNA研究中所作出的贡献比威尔金斯还大得多,她那张照片是证明DNA双螺旋结构的有力证据。令人惋惜的是,她于1958年因患癌症去世,因此没等到应有的奖励。此时距离,孟德尔完成豌豆已经超过100年。
威尔金斯(网络图)
晚年的克里克(网络图)
沃森近照(网络图)