科学发现过程中的要素研究(2)

　　克里克和沃森认识不久,由于兴趣相投,两人时常能时常在一起,包括共进午餐。更幸运的 是,他们甚至一起被分到一间远离其他研究人员的办公室工作,因为如此一来,他们便能在 “不干扰到其他科学家的情况下讨论事情”。很快地,他们愉快对话的重点便集中在有关DN A 结构的问题上,他们渴望能尽快找出DNA分子的组成方式。重要的是,他们认为对DNA结构研 究的主要方法,就是采用鲍林(L.Pauling 1901～1994)特有的方法——建立理论模型,也就 是 将DNA分子中的糖/磷酸基团、4种碱基用模型,根据?X?射线衍射图设想出DNA分子的结构 ,以便了解DNA分子的本质。
沃森与克里克在DNA 的研究过程中同维尔金斯小组有几次重要学术交往。1951年11月,沃森 了解到弗兰克林关于DNA结构的较详细的报告,她根据所拍摄的DNA晶体?X?射线衍射图指 出:D NA纤维的圆柱状构造可能是由核酸链卷绕圆柱体轴所组成,她还进一步推断核酸链的糖/磷 酸盐骨架是位于圆柱体的外侧,而氮碱基则位于内侧。初具晶体结构分析知识的沃森和克里 克立刻认识到他们要从事DNA的研究,最好也只能利用伦敦国王学院的试验分析数据,从分 子模型的建立着手。根据富兰克林的报告,他们很快就提出了一个令他们自己颇具信心的模 型,这是一个三股螺旋的DNA结构,是一个糖/磷酸盐骨架在内,而氮碱基在外的三链模型 。但是沃森由于平时对自己的过于自信,他在听弗兰克林的报告时并没有做记录,而且他对 弗兰克林所说的结晶影像图学懂得并不多,以致他并不能完全了解弗兰克林的演讲内容。更 严重的错误是他记错了附属于DNA分子的水分子数量。弗兰克林估算出DNA分子中每个核甘酸 是由八个水分子环绕着,而沃森则误解为每一段的DNA分子,含有八个水分子。因此,当他 们请维尔金斯和弗兰克林来讨论这个模型时,弗兰克林当即提出他们把DNA的含水量至少少 算了一半。于是,他们的第一次模型构建的尝试宣告失败。
　　第一次模型构建的尝试宣告失败对非常自信的沃森和克里克来说是一个不小的打击,他们不 免要受到同行们的嘲讽。而且同时,这也引发了另外的问题,这就是在当时的英国科学研究 领域,由于研究经费的紧张,英国政府很难同时补助国内不同的研究机构同时研究相同的课 题,因此优先研究权变成了获得政府资助的先决条件。而由于威尔金斯、弗兰克林及国王学 院的研究小组,早在沃森和克里克之前就已从事DNA结构的研究。因此按理来说,只有国王 学院才有优先研究权,而不是卡文迪什实验室的沃森和克里克。就这样卡文迪什实验室的主 管布拉格(W.L.Bragg,1890～1971)公开要求沃森和克里克停止有关DNA的研究,并将DNA 模 型送给威尔金斯。虽然他们不情愿地将模型交给了威尔金斯,但威尔金斯对建构模型不感兴 趣,他并不想用这组模型,以至于使模型闲置在实验室。
　　由于这些变故,沃森和克里克俩人皆不情愿、但又不得不回到他们原来的研究工作上。因为 克里克的博士论文主题是有关多胜肽和蛋白质的?X?光衍射分析,而沃森根据奖学金的约 定, 他应该是从事植物病毒的研究。但是两人都无法忘记DNA,虽然他们知道不能再公开试图建 立有关DNA的模型了,但这并不能限制他们阅读、讨论和思考关于DNA的问题。在此期间,沃 森和克里克知道了关于DNA的两个重要知识。1952年春,克里克向剑桥大学的年轻数学家约 翰•葛瑞菲斯(John Grifith)请教四种氮碱基可能互相吸引的方式。葛瑞菲斯发现,由于电 子的作用力,腺嘌呤?(A)会和胸腺嘧啶(T)相互吸引,而胞嘧啶(C)则会与鸟嘌呤(G)相吸 引。? 之后,克里克利用共进午餐机会,向来自哥伦比亚大学的生物化学家尔文•查加夫(Erwin C hargaff 1905～2002)请教有关DNA分子中四种氮碱基间的比值,那就是重要的嘌呤和嘧啶等 量的 比值,即腺膘呤和腺嘧啶的比值是1:1,胞嘧啶和鸟膘呤的比值也是1:1。由于这两个重要 的知识,沃森和克里克很快得出相同的结论,即DNA内的氮碱基一定是成双成对的,腺膘呤 对胸腺嘧啶,胞嘧啶对鸟膘呤。
　　1952年12月,在美国做研究的鲍林宣布自己发现了DNA分子的 结构模型,但可惜的是,他也犯了与沃森和克里克同样的错误,建立了一个内部是糖/磷酸 盐,外部是氮碱基骨架为中心的由三条链所组成的DNA分子模型。1953年2月6日,沃森和威 尔金斯有机会对鲍林的模型进行讨论,期间,威尔金斯向沃森第一次显示了弗兰克林在1952 年5月拍摄的“第51号影像图谱”见(图1)[3]100。
　　
　　这是当时拍摄得最清楚的?X?光衍射影像,沃森从来没有看到过如此清晰的DNA照片。这张 照片 使他立刻领悟到DNA肯定具有螺旋结构,并且是双链的。至此,沃森和克里克建立DNA结构模 型进入相当紧张的时刻。沃森和威尔金斯的谈话结束后,他在回去的路上就尽可能地画出所 记得的第51号影像图谱。很快,沃森就把他对DNA分子X光衍射影像的发现告诉布拉格、肯德 鲁及克里克,此时的布拉格认识到他阻止不了沃森和克里克对DNA分子的痴迷,于是他就默 许他们可以重新建立DNA的分子模型。
　　 正当在建立DNA结构模型最关键的时刻,沃森和克里克又请教了在同一办公室工作的美国晶 体学者、氢键专家多纳休(Jerry Donohue)。多纳休及时提醒他们:烯醇式碱基在自然界 中很少存在,并建议采用酮式碱基。至此,DNA分子双螺旋结构的模型已开始完整地呈现在 他们的面前。1953年2月28日,他们终于建成了DNA双螺旋结构的分子模型(图2)[1] 737-738:两条螺旋带代表两条糖/磷酸链,中间的水平杆代表碱基对,竖立在中央的线表示轴。这个模型 表明,两股DNA长链以右手螺旋方向围绕着一个中心轴盘旋,两股螺旋链的走向相反,其外 侧为磷酸基团,内侧为4种碱基,由于腺嘌呤和胸腺嘧啶、鸟嘌呤和胞嘧啶之间产生相互吸 引的氢键(即碱基配对),从而使两条DNA长链之间存在互补的关系。
　　
　　在沃森和克里克的分子模型公布后,美国的鲍林还进一步完善了他们的DNA双螺旋分子模型 ,即指出存在于鸟嘌呤和胞嘧啶之间是3个氢键,而不同于腺嘌呤和胸腺嘧啶之间的2个氢键 ,但这并不影响沃森和克里克对DNA分子结构的贡献。很快,他们的伟大发现得到了科学界 的认同和奖励。
　　三、DNA分子结构发现的方法
　　
　　DNA分子结构的发现有它特殊的社会和科学发展的背景,到1953年,DNA分子结构已经是呼之 欲出了,所期待的只是到底是谁最先发现,在什么时间发现?而这些都取决于科学家的研究 方法和创造力。从沃森和克里克的发现过程,我们可以看出一些端倪。 (责任编辑：nylw.net)转贴于八度论文发表网: http://www.8dulw.com(论文网__代写代发论文_论文发表_毕业论文_免费论文范文网_论文格式_广东论文网_广州论文网)