[轉錄]Re: [問卦] 有沒有發現DNA結構的華生跟克里克的八卦

[wanderchang (七)]

※ [本文轉錄自 wanderchang 信箱]

作者: jfsu (水精靈) 看板: Gossiping
標題: Re: [問卦] 有沒有發現DNA結構的華生跟克里克的八卦
時間: Tue Jan 25 21:18:18 2011

: 可憐的富蘭克林玩放射線玩到得癌，運氣又很背，
: 太執著於A型DNA了。事實證明A、B都對，只是B型才是正常型。
: 有沒有科學界這麼黑暗，喔不，
: 是有沒有華生跟克里克的八卦？


底下談談爭議性的DNA雙股螺旋結構的研究。

首先來個前情提要，不喜歡枯燥的敘述的人可以直接跳過。


===以下是前情提要==以下是前情提要===以下是前情提要====以下是前情提要==


細胞核主要由含磷(P)的物質所構成，該物質是一種強酸，我們稱為核酸。德國生化學家
柯塞耳發現核酸含有三種物質成份：核糖、磷酸和鹼基。

其中，鹼基又含有四種成份：胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)。
之後，柯塞耳的學生發現到核酸裡的糖少了一個碳原子，於是就叫它核糖。
接著他又發現有些核糖少了一個氧原子，稱之為去氧核糖。

也因此，斯斯有兩種，核酸也有了兩種：核糖核酸(RNA)和去氧核糖核酸(DNA)。


DNA最早的操刀手是物理學家，因為在1930年中期，當時的量子力學正蓬勃發展。一些
物理學家LP一捏，卵蛋一夾，將那好奇的觸手慢慢地伸向生物學這塊少女地身上。

帶頭的人是誰呢？

一位是波耳，另一位是薛丁格，最後一位我不能說。

波耳（Niels Hendrik David Bohr (1885~1962)，就是提出加入量子化條件來解釋氫原子
光譜的物理大師。他發表了一個名為《光與生命》的演講，從量子力學的觀點，大談
物理與生物之間的相互關係。

當時台下有一位叫戴爾布魯克（Max Ludwig Henning Delbr'ck，1906.9.4－1981.3.9，
德裔美籍生物物理學家，1969年諾貝爾生理學或醫學獎的共同獲獎者）的青年，聽了
波耳的演講之後，忽然覺得物理學的一些研究方法和原理可以使用在生物這門新領域上，
於是，他由原子物理轉入生物學研究。

之後，他弄了個〔放射性同位素標記法〕，和生物學家赫爾希等人設計了一個極妙的
噬菌體試驗，證明DNA才是真正的遺傳物質，而執行遺傳任務的並不是蛋白質，也因此
被大家尊稱為〔分子生物學之父〕。這是後話。

既然DNA就是遺傳物質，那麼它的結構為何？又是如何實現遺傳呢？
這個生物學中的大哉問竟然是由一位物理學家首先解答！

到底是能跨領域展現其真強者的風範？

嘿！就是赫赫有名的量子力學大師薛丁格。

他在1944年寫了一本書《生命是什麼？》，副標題是《活細胞的物理學觀點》。書中
引進了非週期結晶、負熵、密碼、傳遞、量子躍遷等一系列的概念說明有機體的
物質結構、生命活動與延續、生命的遺傳與變異。

先來說個後話，薛丁格所假設的密碼即是構成DNA的四種核酸，每次取出三個構成一組
，這樣排列組合，便有了足夠的遺傳基因。1960年代末，用電子顯微鏡拍攝到放大了
730萬倍的DNA照片已經證實了這一點。

波耳的演講打動了台下一位26歲的年青小伙子，同樣的方式，薛丁格的書所也啟發了兩位
青年物理學家叫法蘭西斯．克里克（Francis Crick，1916－2004)與詹姆士．華生
（James Watson，1928－)。

他們相識於劍橋的卡文迪西實驗室，前者由由物理領域轉攻生物，而後者是學動物的，
全是受到薛丁格的影響來探索遺傳之謎。


===以上是前情提要====以上是前情提要====以上是前情提要====以上是前情提要=


其他的專業名詞我們不再這裡敘述，google的請向左走，百度的請向右，謝謝。


回到正題，話說當時一起研究DNA的共有三組團隊，如同下魔獸的三國副本。

上路：由是英國倫敦大學的莫里斯．威爾金斯（Maurice Wilkins）帶領副將
      蘿賽琳．富蘭克林（Rosalind Franklin，1920～1958。）

先說明一下，據說，蘿賽琳並不是威爾金斯的手下，而是居於與其平等的位置。他們
均各自領導了一個研究群，從完全不同的方向來研究DNA。他們使用X射線來分析DNA的
結構。因為DNA是高分子，普通光學顯微鏡根本看不到它的分子結構。X射線波長短，
穿過DNA時，會造成在一些方向上加強，在另一些方向上減弱的繞射圖樣（pattern）。

藉由分析這些圖樣，就可以確定原子間的距離和排列，而弄清它的分子結構。他們是有
拍到了一張DNA晶體結構的照片，但上頭是一片雲狀的圈圈點點，只猜想DNA的結構大概
是螺旋形。


中路：美國化學家鮑林(Linus Pauling，1901.02.28－1994.08.19，
　　　『維他命C之父』)領導的小組。1951年，他用X光探測蛋白質的結構，順利地得出
　　　α螺旋模型。


下路：華生和克里克。華生是位天才兒童，22 歲就拿到美國印地安那大學的生物博士
　　　學位，他到英國劍橋大學做博士後研究生，當時克里克是在劍橋攻讀物理博士
　　　學位的學生。


三者相較之下：華生和克里克無論在實驗與理論都遠落於其他兩組人馬，唯一的優勢
就只有在年紀上大勝而已（年輕人咩…）。

三雄爭霸如同三國時代一樣，誰先打破這三國鼎立的局面，誰就稱王。


1951年，某個科學會議上。

華生嚼著口香糖，帶著典型的美國佬高傲口吻，正坐在倫敦國王學院冰冷、沒幾個人
的講堂後排，聽著一位才華洋溢的晶體攝影學家蘿賽琳．富蘭克林，發表她對於 DNA
晶格的演講。

看著眼前這位帶著眼鏡、不施胭脂與稍微零亂的頭髮的女孩，華生常戲稱她為羅西
（Rosy）*（註），對華生而言，這樣裝扮是個典型的麻煩而又討人厭的「老學究」。

「Hi～羅西！妳好歹也打扮一下，看是要綁個雙馬尾，裝個獸耳，再拿掉眼鏡，應該
 會比妳現在的演講還要出色！」

「噢！親愛的華生，汝不悅～勿觀之！」羅西推了下眼鏡微笑道。

在聽了羅西的回應之後，華生以一種憐憫的眼神打量著她，心想她可能是來自一個不幸
的、扭曲的家庭，導致了她的不快樂。他也不管羅西在上頭細心地講演，厚著臉皮硬是
把《ｘ周刊》攤在旁邊的椅子上看了起來，偶爾抬頭看看她。

*註：

華生在其《DNA雙螺旋The Double Helix》一書中的人物羅西即是蘿賽琳。但蘿賽琳的
朋友則說她從未有過「羅西」這樣的綽號，而且蘿賽琳是個體貼的、樂觀的、熱心的女人
，即使稱不上時髦但也絕非邋遢，她也一直都有擦口紅，甚至也沒有視力上的問題。

其次，她來自一個相當幸福而富有的家庭，也並非如華生所猜測的是「因有一個不滿足
的母親，為了避免自己聰明的女兒嫁給愚笨的男人，因而鼓勵她選擇科學。」而她父母
的婚姻相當美滿。

八卦是，華生對一位從事科學研究的女性的偏見是存在的。


總之，《DNA雙螺旋　The Double Helix》這本書在校稿時，引來了某些強烈批判。這些
責難並非針對故事是否真實，也非厭惡華生的自我吹噓，而是對他尖酸刻薄地描寫
某幾個人。雖然這本書最後出版了，也迅速替華生累積更多名聲，只是一些批判均發表
於報章錐誌，非處於當下的人幾乎不可能讀到，所以隨著各翻譯本出版，他的聲譽遠播，
成了當時年輕人的偶像。其實，該書內所述發現的過程背後，細心閱讀，可以發現不但
有一位被欺侮的女人，也有一個不甚偉大的男人。

其實，華生這樣聽演講不專心的個性並非浪得虛名。

他曾經在某演講者在台上口沫橫飛地說著當時，當眾掏出一份報紙，蹺起二郎腿，
悠閒地看了起來。其他人看了都直搖頭，演講者心中更是「e04！你若不是智障就是把
我當小叮噹！」，以PTT的術語來說就是「如果我是板主就把你劣退、浸水桶！」

當然啦，華生這樣的作法也惹來一堆人的反感。等到他上台演講，居然全場每個人也都
煞有其事地蹺腳看報，令他當場尷尬不已。此外，對於其他生物學學科，也帶著輕視的
眼光，在會議中也不斷地貶抑他們。所有召喚戰神必備的文字：代PO、勿戰、科科
(理性 優質 勿噓！)他都有了。


突然，他的注意力被一張幻燈片給吸引！

那是一張 X 光穿過 DNA 晶體的繞射圖。華生對晶體攝影學是生手，但他還曉得那樣的
影像與螺旋鏈的構造相符。會後他立即跟她要了一張照片。回到劍橋後，他試著回想
蘿賽琳的報告內容，以便他和克里克據此建構一條三鏈的 DNA 模型。兩人研究了老半天
，DNA的結構是螺旋形，看來確定無疑了。這時華生拿起一個放大鏡仔細掃視圖面，突然
他把目光停在一個十字狀的地方說道：「這地方有個交叉，我看這種螺旋很可能是雙層
的，就像一個扶梯，旋轉而上，兩邊各有一個扶手。」

「對，很有道理。蘿西也認為它是一種雙鏈同軸排列。」

「弄清T、C、A、G這四種物質怎樣組合排列，也就弄清了DNA的模型！」

於是他們將廢棄不用的蛋白質分子結構模型當材料（鐵塊、硬紙板、鐵絲），在參考了
蘿賽琳的資料之後，製成一個DNA分子模型。此時，當蘿賽琳和威爾金斯到劍橋
來看他們的模型時，她的反應帶著一絲嘲笑，並告訴他們對實驗數據理解有誤。
華生和克里克情緒一度低落，但仍不減對建立DNA分子的熱情。

這天突然收到一封電報：

「鮑林已經宣佈，DNA是三股螺旋！」

聽到這個消息可真是晴天霹靂，在這場比賽中，鮑林Nice，華生Jizz！克里克癱坐在
椅子上，懊惱地蒙著頭，華生則呆呆地站在一旁，喃喃自語道：「三股螺旋，
這怎麼可能？」

之所以會這樣想是因為，他看到了蘿賽琳一張新拍的 X 光相片，編號 51。
相片裡 X 光形成深色十字形的模樣，華生認出那是螺旋分子的標誌，而且認定DNA
絕對是雙鏈，而非三鏈，因為「自然界的生物體都是成雙作對的。」

還好到最後這只是處驚一場。

沒有多久，其他實驗室都證明三股螺旋的模型無法成功地解釋DNA的結構。

華生和克里克經過這次之後，更加快腳步。1953年初，華生和克里克又弄出了一個
新模型，在兩股螺旋鏈之間，夾著相同的鹼基。即 A－A，C－C 等，以符合Ｘ光的晶體
分析數據。之後，他們根據美國哥倫比亞大學的一個研究，又將原來的結構模型改成
 A－T 和 C－G 配對，但是 DNA 鹼基能有不同的互變異構物，這樣一來，又使兩條
外骨架發生了扭曲。

這時候，另外有一位來自加州理工學院的年輕物理化學家唐那休（Jerry Donohue）
說他用的鹼基是錯誤的異構物。1953年2月28日，隔天中午，華生再次重新排列他的
雙股螺旋 DNA，他想神秘的DNA應該是有一種和諧的，美的結構，決不應該這樣歪歪扭扭
。他這樣想了一會兒便把鹼基換來換去，大小搭配，而用氫鍵把配對的鹼基連接起來。
突然間，他發現當使用 2 個氫鍵連接Ａ和Ｔ時，和用 3 個氫鍵連接Ｃ和Ｇ鹼基時，
有相同的形狀，他馬上請唐那休鑑定新結構。

一有了唐那休的肯定，華生和克里克喜不自禁，便立即寫成一篇短短兩頁的論文發表在
1953年4月25日的英國《自然》雜誌上，論文內僅附了一張雙螺旋的簡圖，其中的900字
還是由華生的妹妹伊莉莎白一字一字敲出來的。

她被說服參與的理由是「自達爾文的著作以來，生物學裡最出名的事。」

而該雜誌接下來的幾頁，是兩篇相關的報告，一篇是威爾金斯的，一篇是蘿賽琳的，
包括 51 號相片在內，呈現支持螺旋模型的 X 光繞射形態。

他們的競爭對手鮑林遺憾地說：「為什麼沒有想到給核酸內的嘌呤和嘧啶
配對呢？我總在探討三股螺旋，就是沒有去試一下雙螺旋。！」

按照華生與克里克的模型，DNA應該是兩條獨立的結構繞在一起而呈螺旋狀。每一條
獨立結構的骨幹部份是由一個簡單的分子串連形成。而每一個鹼基則附在這骨幹上，
並朝內與另一骨幹上的鹼基相連。其中A與T相連，而G一定與C相接。
ATCG這四個DNA字母的排列順序則沒有任何限制。

DNA就是這樣子儲存其遺傳訊息。假如你把DNA拆開為兩條獨立結構的話，你可以從其中
任何一條的鹼基排序推論出另一條的排序，原因是這兩條骨幹的鹼基排序是互補的。
在一個人體細胞中，DNA梯子全長約有一米，所包含的骨幹就有60億條之多。
一個人的基因，它可能是梯子的一段，約有2000條！！！

當細胞繁殖的時候，這條雙螺旋就從中間分開，猶如拉鏈一樣從中間分成兩半。這時
每一個鹼基對都拆開了，但是這剩下的一半在浮游於細胞核內的分子中很快就找到了
新的伴侶。A又與新的T結合，G又與新的C結合，這樣就形成兩個與原來的DNA一模一樣的
複製品，這就是遺傳。如果DNA在複製過程出了一點意外，就會造成突變的物種。

克里克、華生及魏爾金斯三人因此共同獲頒1962年諾貝爾獎。令人惋惜的是，拍攝DNA
晶體X光繞射圖案而解開DNA結構的關鍵人物－女性科學家蘿賽琳，不幸地在1958年，
因癌症而去世，年僅三十七歲，未能同享諾貝爾獎的榮耀。

說了這麼多，想必當時推出這個DNA模型時應該是相當轟動才是。

如果鄉民這樣想的話就錯了！

當年這個成就並沒有立即引起社會大眾的注意，倫敦只有一家報紙報導。連美國
《紐約時報》，直到六月十三日，才刊出另一則倫敦發出的消息。之後的一年內，媒體
再也沒有關於DNA的報導了。

最後，關於華生這位老兄的評價真的是不怎麼好。他自承喜愛網球與把妹，厭惡
英國食物與天氣，諾貝爾獎更是他的野心。此外，他也不諱言說，愚笨的基因是可以
篩選出來、胖子難以被雇用的原因是因為他們缺乏進取心…，他更深信，舉凡癌症、
肥胖、禿頭、經神疾病都不是後天環境，而是先天在基因中已經決定。
簡而言之，〔如果你笨，不要怪學校不好。〕

他最慘的遭遇是當他頂著諾貝爾獎的光環準備出書去作訪問時，大言不慚地說：
「對於非洲的未來，我感到憂心忡忡。原本我們的政策都是基於非洲人的智力是跟我們
一樣，但實驗結果證明了這假設都是錯的。」之後，他的訪問被取消，連帶他自己帶大
的紐約長島冷泉港實驗室也將他停職（華生任該實驗室的總栽）


以上，對於距今不過40年前的DNA發現源由與華生這位老兄約略簡述！
大家也可以在書局買到相關的書籍。

總之，只要知道DNA是雙股螺旋的結構（想像將梯子撓曲成彈簧的樣子）就可以了。
至於什麼ATCG，看看就好。


Reference :

1.雙螺旋-DNA結構發現者的青春告白，時報出版
2.科學五千年（9）
3.科學發明演義（數理化通俗演義）（下）



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在臺灣，何謂R&D工程師?
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推 jay5300     :簽名檔好怪
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→ wanderchang :樓上中肯XD PTT不是只有嘴砲！
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→ wanderchang :我這麼中肯正直不猥瑣的人怎麼可能嘴砲！
推 rapandol    :這個故事你們普生實驗助教應該會講，我們去年有講~
→ rapandol    :還有，那個噬菌體同位素放射線實驗是賀雪和蔡斯做的.
→ rapandol    :http://ppt.cc/9nv2  戴爾布魯克(應該只是做跟噬菌體
→ rapandol    :相關的實驗)
→ rapandol    :http://ppt.cc/zOJE  賀雪-蔡斯 實驗
→ rapandol    :好吧= = 抱歉我認真了...
→ wanderchang :是不是用N15(重氮)的那一個實驗？
推 rapandol    :你說的是這個吧: http://ppt.cc/cE4U
→ rapandol    :證明DNA半保留的實驗
→ rapandol    :你點進去看就知道啦XD  是噬菌體感染大腸桿菌的實驗
→ wanderchang :呵呵 對 感謝你XD  上PTT長知識