量子力學(xué)黃金年代的逝去

話說有人的地方就有江湖，學(xué)術(shù)圈也不例外，科學(xué)家對于學(xué)術(shù)成就的渴望就好比武林人士對于武林盟主的渴望。回望上世界40，50年代，剛剛過了量子力學(xué)的黃金年代，當(dāng)時量子力學(xué)的各方面理論逐漸成熟，許多物理家和化學(xué)家其實還挺尷尬的，可以說是錯過了建立豐功偉績的大機(jī)會。

話說有一天，量子力學(xué)奠基人之一的薛定諤在一所學(xué)校做個系列演講，就是提出“薛定諤的貓”的科學(xué)家，他在當(dāng)時是大神級科學(xué)家的存在，不過此時的薛定諤已經(jīng)年邁。這個系列演講后來變整理成書，這本書叫做《生命是什么》 。

這本書可以說奠定了未來幾十年生物學(xué)的發(fā)展。薛定諤發(fā)現(xiàn)一個問題：

X射線只能影響很少的一部分原子，可是果蠅經(jīng)過X射線照射之后就會發(fā)生變異，這說明決定生物性狀的是很小的一撮原子。

這一小撮大概是100萬~337萬個原子，它們松散地聚集在一起，但是原子是有熱運(yùn)動的漲落的，所以很難維持形態(tài)不變，但生物的性狀卻十分穩(wěn)定，所以原子一定是通過某種極其特殊的結(jié)構(gòu)才讓自己穩(wěn)定下來的。

這觀點(diǎn)一亮出來，直接改變了許許多多物理學(xué)家和化學(xué)家的研究方向，他們頓時發(fā)現(xiàn)雖然錯過了量子力學(xué)的黃金年代，但是他們正在迎來一個跨界的好機(jī)會，那就是對DNA分子結(jié)構(gòu)的探究。而研究方法竟然是可以用到自己的老本行：物理和化學(xué)。

只要誰能提出正確的模型，那絕對可以拿到諾貝爾獎，并且名垂青史的，可以說是一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭。

三股勢力的爭奪戰(zhàn)

當(dāng)時加入這場大戰(zhàn)的主要有三股勢力，其中最具名望的是化學(xué)家萊納斯·鮑林。他早早就成了名，還在1954年拿下了諾貝爾化學(xué)獎，后來因為反對制造原子彈又在1962年拿了一次諾貝爾和平獎。

除了萊納斯·鮑林領(lǐng)銜的團(tuán)隊之外，剩下的兩股勢力就顯得單薄許多。

首先是實驗物理學(xué)家富蘭克林和威爾金斯領(lǐng)銜的倫敦大學(xué)國王學(xué)院代表隊。

倫敦大學(xué)國王學(xué)院

這支代表隊的優(yōu)勢就在于他們有技術(shù)：X射線衍射技術(shù)。說白了就是可以給DNA拍照。

其次是生物學(xué)家沃森和物理學(xué)家克里克領(lǐng)銜的劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室代表隊。

無論是國王學(xué)院代表隊還是卡文迪許實驗室代表隊都對這場大戰(zhàn)超級重視，畢竟這四位還只是學(xué)術(shù)圈的小將，如果誰能最先提出DNA正確的結(jié)構(gòu)模型，那一定會一戰(zhàn)封神。

起初，這場大戰(zhàn)的領(lǐng)先者是富蘭克林和威爾金斯，他們采用的方法叫做X射線衍射技術(shù)。用X射線研究DNA是很有用處的，也是人類發(fā)現(xiàn)DNA的關(guān)鍵。

就像剛才提到薛定諤給出的結(jié)論一樣，之所以不能用可見光，是因為可見光的波長比DNA分子要長得多，這就好比用米尺去測量跳蚤一樣。

X射線而不同一般光線，是因為X射線的波長比分子要小，X射線遭遇到晶體分子后，就會向不同方向發(fā)生彎折，而具體的散射方向都是由原子排列的位置決定。改變方向的X射就會形成圖像，這個圖像就叫做衍射圖，可以用一種感光紙捕捉到。

如果分子中原子排列很規(guī)則，生成的圖像就會呈現(xiàn)清晰、又互不干擾的點(diǎn)。不同的晶體結(jié)構(gòu)收獲的X射線衍射的圖像是不同。

大概你可以理解成給DNA做了個投影，就好像人被光照了之后會有影子是一個意思。不過人實實在在，DNA可是很容易發(fā)生形變，而且獲取純凈的DNA分子在那個時代真的很難很難。

國王代表這頭先是通過X射線技術(shù)得到了A型，B型，Z型三種DNA分子結(jié)構(gòu)模型。

為什么這樣呢？這是因為DNA實在太小了，很容易受到外界因素的干擾，所以在不同的外界條件下，會有不同的模型。

后來，富蘭克林又拍出了一張足以載入史冊的X射線衍射圖，江湖人稱：51號衍射圖。這其實是完美符合B型結(jié)構(gòu)的。這張圖后來也成為了這場大戰(zhàn)的關(guān)鍵。

這張圖的出現(xiàn)，基本上確立了DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。當(dāng)時的學(xué)術(shù)圈其實也都大概能猜得出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，只不過科學(xué)的研究是不能光靠嘴說的，重點(diǎn)要證明出來。

只是富蘭克林很謹(jǐn)慎，因為她一直沒搞明白為什么會有A型的結(jié)構(gòu)？所以，她一頭扎進(jìn)研究A型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的原因。

之所以她不著急發(fā)表論文，還有一個原因就是她對研究成果和照片都是嚴(yán)格保密的，不會透漏出去。她很清楚這場大戰(zhàn)需要爭分奪秒，但是她現(xiàn)在是遙遙領(lǐng)先的。

至于卡文迪許實驗室代表隊就比較悲壯，他們沒有高科技輔助，而且屬于無名小卒。不過人家理論知識很扎實，要知道不管是威爾金斯還是富蘭克林可都是實驗物理學(xué)家，而沃森是地道的生物學(xué)家，克里克是地道的理論物理學(xué)家，他們都有非常堅實的理論基礎(chǔ)，對于這兩位仁兄來說，只要有了數(shù)據(jù)和照片，他們是要比富蘭克林更容易得出最終的模型的。而恰恰他們還很會搞地下工作。

卡文迪許實驗室

他們先是通過自己的老板得知富蘭克林申請項目經(jīng)費(fèi)時提供的論文的數(shù)據(jù)，從中獲知了富蘭克林應(yīng)該有最清晰的DNA照片；其次，他們還利用富蘭克林去對付另外一個競爭對手萊納斯·鮑林。最后，他們開始勾搭威爾金斯，成功完成挖角；

當(dāng)時萊納斯·鮑林準(zhǔn)備發(fā)表關(guān)于遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的論文，沃森和克里克覺得大事不好，他們知道萊納斯·鮑林的模型是有問題的，但苦于自己沒有能力證明萊納斯·鮑林論文有問題的證據(jù)。

于是，找到富蘭克林，跟她說萊納斯·鮑林要發(fā)表論文，富蘭克林就去和萊納斯·鮑林溝通，并當(dāng)場指出了萊納斯·鮑林的錯誤。萊納斯·鮑林撤回了論文，正好趕上了冷戰(zhàn)，他跑去反對原子彈，再沒功夫搞研究，于是退出了這場戰(zhàn)斗。

緊接著，沃森和克里克開始勾搭威爾金斯，并成功說服了威爾金斯。威爾金斯在不經(jīng)過富蘭克林同意的情況下把富蘭克林的工作成果和數(shù)據(jù)都給了競爭對手沃森和克里克。

看到數(shù)據(jù)和照片后，沃森和克里克大喜過望，里面投入研究和計算，以最快的速度發(fā)表論文。

沃森和克里克研究DNA時的手稿

我們熟悉的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)也就是在這個時候被公布了出來。在這篇論文里，沃森和克里克提到引用了國王學(xué)院代表隊沒有公布的數(shù)據(jù)和照片，連一句鳴謝富蘭克林的話都沒有。

從此，沃森和克里克、威爾金斯和富蘭克林交惡，富蘭克林出走國王學(xué)院換了研究方向。5年后，富蘭克林因為長期在X射線下工作的原因，患了癌癥去世，年僅37歲。

又過了四年，諾貝獎頒給了沃森，克里克，威爾金斯。他們贏了這一場戰(zhàn)爭的最終勝利。

而DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)也億沃森和克里克的名字來命名，常常被人稱為沃森克里克雙螺旋結(jié)構(gòu)。

就連中途放棄的萊納斯·鮑林也因為反對原子彈而拿到諾貝爾和平獎，只有富蘭克林成為了最后的輸家，恰恰又是她拍出那張著名的“51號衍射圖”，這真的很讓人唏噓。

沃森、克里克、威爾金斯和富蘭克林之間的恩怨也成為了生物學(xué)歷史上最著名的一場懸案，后世許多人都在為富蘭克林鳴不平。關(guān)于這場大戰(zhàn)，我們就說到這里。

最后，再回到開頭，薛定諤在《生命是什么》當(dāng)中預(yù)言DNA可能的情況，并指明了研究路線。這條路演化出了分子生物學(xué)。

不過他還在書中指出了另一條生物學(xué)發(fā)展的路徑，他認(rèn)為生物需要解決“生命為什么能夠負(fù)熵而生”的問題。而這個問題至今還沒有一個科學(xué)家可以給出具有說服力的解釋。但這個問題始終是縈繞在生物學(xué)家頭上揮之不去的陰影，希望這個陰影能盡早散去。