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一九五三年一月,DNA分子遺傳學的開創

所有現代生物學領域都在19世紀開始蓬勃發展,遺傳學也不例外。嚴格地說,現代遺傳學1900年才正式成立。53年後的1月,華生與克立克做出正確的DNA分子模型,開創了分子遺傳學。
 
 
 
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
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