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一九五三年一月，DNA分子遺傳學的開創

91/09/30 6408

王道還｜中央研究院歷史語言研究所助理研究員

一九五三年一月，美國生物學家華生（James Dewey Watson）與英國物理學家克立克（Francis Harry Compton Crick）做出正確的DNA分子模型，開創了分子遺傳學。

遺傳學是一門有趣的科學。這裡說的不是它的科學內容或它的前景，而是它的歷史。

說來遺傳學是文明的基礎。人類直到新石器時代才開始生產糧食（農業），過定居的生活。舊石器時代長達兩百五十萬年，文化的進展十分緩慢，幾乎可說萬古如長夜，主要的原因就是還不會生產糧食。那時肉食得靠打獵，素食得靠採集，不可能終年定居，當然就不會形成大規模的社群了。只有大規模的定居社群才能發展文明，因此農業是人類文明史的楔子。而遺傳知識是發展農業的關鍵。

嚴格地說，現代遺傳學一九○○年才正式成立。不過一萬多年來，遺傳學的實際內容雖然不過是「龍生龍，鳳生鳳，老鼠生兒能打洞」，它的歷史後果卻相當驚人。

所有現代生物學領域都在十九世紀開始蓬勃發展，遺傳學也不例外。達爾文（Charles Darwin, 1809-1882）的演化論，主要論據就是任何一個生物族群中都有大量變異。生物變異經過「天擇」一代又一代地篩選後，生物就「演化」了。達爾文認為生物族群中的變異是隨機的，沒有方向性，因此天擇是唯一主導演化方向的力量。可是達爾文苦無證據。他發表過專著(1868)，討論生物變異的遺傳原理，可是書出版後，連他的支持者都認為他的遺傳理論已經過時了。

當時孟德爾（Gregor Johann Mendel, 1822-1884）正在家鄉（位於今日捷克境內）從事著名的豌豆實驗，今日教科書中的孟德爾定律就是他在一八六○年代的實驗成果。不過當年沒有人將孟德爾的結論當作「遺傳學定律」。直到一九○○年才有三位遺傳學家不約而同地「重新發現」孟德爾論文的意義。

其實，孟德爾對自己的結論，與後人的了解不同，他只是以豌豆實驗證明「『雜交』不會形成新種」罷了，並不是研究遺傳的基本原理。不過，孟德爾定律無論如何都是現代遺傳學的基礎。

一九○六年，英國學者鑄造了遺傳學(genetics)這個詞，一九○九年，丹麥學者創造了基因（gene；遺傳的單位）一詞。由於二十世紀結束時，人類基因組計畫也即將完成，因此二十世紀可以稱為「基因世紀」。遺傳學在二十世紀上半葉發展得十分迅速。大約在一九四○年代，連「跳躍基因」的概念都產生了。可是到了一九五○年，科學界對遺傳學的物質基礎仍然沒有共識。這一年華生以二十二歲的年紀得到了博士學位。華生畢業後不到三年就與克立克合作解開了DNA（去氧核糖核酸）分子構造之謎，開創了分子遺傳學。這個故事大家都耳熟能詳了，因為華生與克立克一九六二年獲得了諾貝爾獎生醫獎，而且華生在一九六八年出版了《雙螺旋》，以坦白、直率的文筆敘述了整個經過。

在解開DNA分子構造的故事裡，有幾個事實特別值得我們注意。

首先，華生是個不懂化學的生物學家。他在大學部就設法逃避「任何看似困難的物理或化學課」，到了研究所，他因為連最基本的實驗技巧都不懂，老師怕他闖禍，當然就免了他的化學必修課。

當年關於DNA分子結構的直接證據，是Ｘ光晶體繞射照片。解讀那種照片，必須了解當時算是尖端的物理學，華生就更外行了。他與物理學家克立克的遇合，大概是二十世紀科學史最重要的佳話。一九五一年華生到英國進修，克立克已經三十五歲了，博士都沒拿到。可是與克立克共事的人都承認他是個捷才，有人甚至因而敬而遠之。但華生這位年輕博士卻與他一見如故，相交莫逆。

華生不懂Ｘ光晶體繞射原理，甚至連最基本的化學鍵都沒有概念。他在一九五一、五二年再三研讀的《化學鍵原理》（當年的經典教科書），就是克立克的，最後克立克還花錢買了一本送他。但是，華生認定了DNA就是遺傳物質，而且DNA的分子結構必須能夠說明各種直接涉及遺傳的現象，包括複製以及基因編碼機制。此外，他還相信「成雙成對」的原則幾乎可說是生物學的「形上原理」，也應該會反映在DNA的分子結構上。許多人說華生與克立克的合作中，華生只出點子，而克立克才是真正解決問題的人。其實只是部份事實。

偉大科學家的特質就是辨認重大科學問題與答案輪廓的本領。以後見之明來看，關於DNA的分子結構，許多重要的科學證據早在一九五○年之前即已發表。華生認定了DNA是遺傳物質，必須解釋許多生物現象，他的科學直覺加上與克立克的遇合，終於完成了重大的科學成就。

【科學史上的這個月】

資料來源

《科學發展》2002年1月，349期，78 ~ 79頁

DNA(45) 遺傳(49) 科發月刊(5210)

一九五三年一月，DNA分子遺傳學的開創

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