《解密雙螺旋》:身為世界級DNA專家之一,我們這些黑馬想要讓他笑不出來

《解密雙螺旋》:身為世界級DNA專家之一,我們這些黑馬想要讓他笑不出來
Photo Credit: Shutterstock/達志影像
我們想讓你知道的是

我們下一步該轉戰什麼問題,自然是很清楚的。短時間內,從TMV身上不會再有什麼斬獲。進一步拆解TMV的詳細結構,需要更專業的進擊,這我可做不來。

唸給你聽
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文:華生(James D. Watson)

查加夫來了

威爾金斯沒料到,我幾乎一下子就拍到可證明TMV是螺旋型的X射線圖案。我的意外成果,得力於使用卡文迪西剛組裝好的旋轉式陽極X射線管。這部超級射線管功能強大,讓我拍起照片來,比利用傳統設備快了二十倍。不到一個星期,我拍的TMV照片數量多了不只一倍。

當時卡文迪西的規定是晚上十點鎖門,雖然門房住的公寓就在大門旁邊,但門禁後沒有人會去打擾他。拉塞福從不鼓勵學生在晚上工作,因為夏天夜晚比較適合打網球。就算他過世已經十五年了,實驗室還是只留一把鑰匙供夜貓子使用。這把鑰匙現在被赫胥黎占用。他辯稱,肌肉纖維是有生命的,因此不必遵守那些為物理學家訂定的規矩。必要時,赫胥黎會借給我鑰匙,或是走下樓來,幫我打開通往公學巷的沉重大門。

仲夏6月,某天深夜,我回實驗室關掉X射線管,順便沖洗TMV新樣本的照片,當時赫胥黎不在實驗室裡。這張照片拍攝時樣本傾斜約25度,假如我運氣好,說不定找得到螺旋的反射圖樣。當我拿起還濕答答的底片對著燈箱看,那一刻我就知道,我們找到了。顯露出來的圖樣,正是螺旋的紋路沒錯。現在說服盧瑞亞和戴爾布魯克應該沒問題了,我待在劍橋是有意義的。儘管是午夜時分,我卻不想回到我那位於網球場路的房間,我在後園開心地走來走去,走了一個多小時。

隔天早上,我焦急地等著克里克到來,好確認螺旋的診斷結果。當時他不到十秒鐘便找出關鍵性的反射點,將我心頭的疑慮一掃而空。為了捉弄克里克,我故意設圈套,讓他以為,我並不覺得自己拍攝的X射線照片其實非常關鍵。我反而辯稱,「安穩角落」的見解才是真正重要的步驟。

這番輕率的話才剛說完,克里克馬上提醒我,不加批判的「目的論」(teleology)有什麼危險性。克里克總是有什麼就說什麼,而且以為我也是這樣。雖說在劍橋和人家聊天時,往往要語出驚人,才會有人把你當一回事,但克里克根本沒必要使出這種招數。就算是最沉悶的劍橋夜晚,通常只要花一、兩分鐘,八卦一下外國女孩的感情問題,便足以令人精神大振。

我們下一步該轉戰什麼問題,自然是很清楚的。短時間內,從TMV身上不會再有什麼斬獲。進一步拆解TMV的詳細結構,需要更專業的進擊,這我可做不來。再說,就算是費盡工夫,也不見得在幾年之內就能解開RNA成分的結構。解決DNA之道,透過TMV是行不通的。

這時候,倒是很適合認真思考DNA化學的某些奇特規律,最早是由奧地利出生的哥倫比亞大學生化學家查加夫發現的。自戰爭以來,查加夫和他的學生花了很多工夫,分析各種DNA樣本中、嘌呤與嘧啶鹼基的相對比例。在他們所有的DNA樣本中,腺嘌呤(A)分子的數量與胸腺嘧啶(T)分子的數量極為相近,而鳥嘌呤(G)分子的數量與胞嘧啶(C)分子的數量非常接近。此外,腺嘌呤和胸腺嘧啶鹼基的比例隨著其生物來源而改變。有些生物體的DNA含有較多的A和T,有些生命形式則含有較多的G和C。

對於自己的驚人成果,查加夫並沒有提出解釋,不過他顯然認為,這些成果意義非凡。當我最初向克里克提到這些結論時,他卻沒有什麼反應,繼續思考別的事情去了。

然而,沒多久,和年輕理論化學家格里菲斯(John Griffith)聊了幾次之後,克里克才逐漸領悟,並且開始懷疑,那些規律可能非常重要。有一天晚上,聽了天文學家戈爾德關於「完美宇宙論原理」的演講之後,他們一起喝啤酒閒聊。戈爾德很有本事,將遙不可及的概念說得合情合理,讓克里克不禁思索,有沒有可能提出論點,成為「完美生物論原理」?他知道格里菲斯對基因複製的理論法則很感興趣,於是丟出想法:完美生物論原理正是基因的自我複製──也就是說,在細胞分裂過程中,染色體數目倍增時,基因完全複製本身的能力。不過,格里菲斯對此不以為然,因為幾個月來,他傾向的法則是:基因複製是根據互補表面的交替生成。

這並不是原創的假說。在對基因複製感興趣的理論遺傳學家之間,這種說法已流傳將近三十年。其論點為:基因複製需要生成互補(負)圖像,其形狀與原始(正)表面有關,關係如同鎖之於鑰匙。互補負像的功能有如模板(範本),用來合成新的正像。

然而,少數遺傳學家不接受互補複製的概念,其中的代表人物是穆勒(H.J. Muller),他受到幾位著名理論物理學家的影響(尤其是約當),認為存在「同類相吸」的作用力。但鮑林不喜歡這種直接複製的機制,尤其受不了「量子力學支持這種機制」的說法。就在大戰之前,鮑林要求戴爾布魯克(是他讓鮑林注意到約當的論文)與他合寫短文,投到《科學》期刊,堅稱量子力學支持與互補複製體合成有關的基因複製機制。

那天晚上,這些老調重彈滿足不了克里克與格里菲斯。他們倆心知肚明,當前要務是查清楚吸引力到底是什麼。克里克強烈主張,特定的氫鍵絕不是答案。氫鍵無法提供必要的確切特性,因為化學界的朋友一再告訴我們,嘌呤和嘧啶鹼基中的氫原子並沒有固定的位置,而是四處隨機移動。克里克倒是認為,DNA的複製與鹼基的平坦表面之間的特定吸引力有關。

幸運的是,這種作用力正好是格里菲斯有辦法計算的。如果「互補法則」是正確的,他可能會算出不同結構的鹼基之間的吸引力。反過來說,假如「直接複製」確實存在,那他可能會算出相同鹼基之間的吸引力。於是,他們在酒館打烊時道別,約好格里菲斯先試一試,看看計算是否可行。幾天之後,他們在卡文迪西排隊喝茶時正好遇到,當時克里克得知,粗略的計算結果顯示,腺嘌呤和胸腺嘧啶應該會藉由平坦的表面連結在一起。類似的論點也可用來解釋鳥嘌呤與胞嘧啶之間的吸引力。

克里克欣然接受這個答案。如果他沒記錯,這些正是查加夫認為等量出現的鹼基對。他興高采烈的跟格里菲斯說,我最近向他提過查加夫某些奇特的研究成果。不過,那時候他不確定,我說的是不是同樣的鹼基對。但等他一查明資料,就會去格里菲斯的辦公室跟他說清楚。

《解密雙螺旋》P_132(摘自格里菲斯寫給克里克的信函)
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摘自格里菲斯寫給克里克的信函

吃午餐時,我確認克里克把查加夫的結論記對了。但那時候,他對檢視格里菲斯的量子力學論點並不是太熱衷。首先,格里菲斯在受到逼問之下,竟然不願意極力捍衛自己的推理。為了在合理的時間內計算出結果,他忽略了太多變數。其次,雖然每個鹼基都有兩個平面,他卻無法解釋,為何只選其中一面。而且,沒有理由排除「查加夫法則的根源在於遺傳密碼」的想法。特定的核苷酸群必然以某種方式編碼,成為特定的胺基酸。可以想像,腺嘌呤與胸腺嘧啶的數量相當,可能是因為鹼基排序過程中某種尚未被發現的作用。況且還有馬可漢打包票,如果查加夫說鳥嘌呤和胞嘧啶的數量相等,他也同樣確信兩者不相等。依馬可漢看來,查加夫的實驗方法難免低估了胞嘧啶的真正數量。

儘管如此,克里克還不打算捨棄格里菲斯的算法,因為7月初,肯德魯走進我們剛遷入的辦公室告訴我們,查加夫本人即將來劍橋待一晚。肯德魯安排他去彼得豪斯學院用餐,並邀請我和克里克在飯後加入他們,去肯德魯的辦公室喝幾杯。

他們在「高桌」用餐時,肯德魯避談正事,只透露,我和克里克打算藉由建構模型來解開DNA的結構。查加夫身為世界級的DNA專家之一,我們這些黑馬想要贏得比賽,乍聽之下讓他笑不出來。當肯德魯提到我不是典型的美國人、請他放心時,他才發現,他即將聽一個瘋子胡言亂語。一看到我,更證實他的直覺是對的。他立刻嘲笑我的髮型和口音,因為既然我來自芝加哥,我沒有權利改變行事作風。我心平氣和告訴他,我留長髮是為了避免與美國空軍人員混淆,更證明我的心智不太穩定。

當查加夫逼克里克承認自己不記得四種鹼基的化學差異時,查加夫的嘲諷達到了極點。克里克一提到格里菲斯的計算,他便忍不住失禮了。因為克里克不記得哪些鹼基含有胺基,所以無法定性描述量子力學論點,只好請查加夫寫出它們的化學式。克里克隨後反駁說,他隨時可以查出化學式,但這根本說服不了查加夫,我們知道自己要做什麼、或如何做到。

但無論查加夫愛挖苦人的腦子在想什麼,總得有人來解釋他的結論。因此,隔天下午,克里克衝去格里菲斯在三一學院的房間,想找他問清楚關於鹼基對的資料。聽到「請進」之後,他打開門,看到格里菲斯和一個女孩。他很識趣,明白此時不宜討論科學,於是慢慢退出去,請格里菲斯把計算出來的鹼基對數據再告訴他一次。克里克在信封背面草草寫下數據,便告辭了。

他對查加夫的實驗數據還存有疑慮,由於那天早上我已經動身前往歐洲大陸,他只好去哲學圖書館查資料。兩方的資訊穩穩到手之後,他本想第二天再去找格里菲斯。但轉念一想,他明白格里菲斯志不在此。誰也看得出來,有了年輕美眉,恐怕很難有什麼科學前途。

書籍介紹

本文摘錄自《解密雙螺旋:DNA結構發現者華生的告白》,天下文化出版
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作者:華生(James D. Watson)
編者:甘恩(Alexander Gann)、維特考斯基(Jan Witkowski)
審訂者:周成功
譯者:黃靜雅

世紀之書《雙螺旋》圖文註釋版
自達爾文《物種起源》以來,最重大的生物學事件

1950年代,英、美三組科學家競逐解開DNA的謎題。當時初出茅廬的華生與克里克,率先提出DNA的雙螺旋結構,並因此獲得諾貝爾生理學或醫學獎。

1968年,華生所著的超級經典——《雙螺旋》出版。他以犀利、率直的口吻,記錄這科學史上的重要一役,更鮮活呈現科學家在工作與生活的各種樣貌。

本書是《雙螺旋》的圖文註釋版,除了完整保留經典故事,兩位編輯甘恩、維特考斯基,更發揮偵探般實力,把故事中提及的細節、人物資料統統挖掘出來。像是華生被指導老師痛罵「你這該死的混蛋」;與克里克因為《雙螺旋》的出版差點鬧翻,這些珍貴信件都可在這本《解密雙螺旋》看到。還有,如果你好奇故事中提及的「劍橋第一美男子」是誰?華生看胃病的醫師竟然得過奧運金牌!這些原版並未細說的小故事,在本書都有進一步追溯。

感謝勞苦功高的編輯團隊,重現這段科學史上的重要一步,讓後世讀者彷彿親臨英國劍橋、與科學家並肩見證這段科學革命。

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Photo Credit: 天下文化

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航