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詹姆斯華生 在 [科學] DNA雙螺旋結構發現者詹姆斯.華生講座- 看板ScienceNote 的推薦與評價
※ [本文轉錄自 Gossiping 看板]
作者: jfsu (水精靈) 看板: Gossiping
標題: Re: [科學] DNA雙螺旋結構發現者 詹姆斯.華生講座
時間: Tue Mar 9 21:42:19 2010
既然有人在推文中拋磚,那我也來引玉好了。
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==
1869年,瑞典人一位科學家發現細胞核主要由含磷物質構成。
1889年,這種物質是一種強酸,我們稱為核酸。德國生化學家科賽爾將核酸水解,發現
它含有三種成份:核糖、磷酸和有機鹼。其中,有機鹼又含有四種成份:
胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)、腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)。科賽爾的學生,美國
化學家萊文,他發現核酸裏的糖比普通糖少一個碳原子,就叫它核糖。之後
又發現有些核糖少一個氧原子,就命為去氧核糖。這樣,核酸就有了兩種:
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
物理學家不滿只用物理現象來解釋某些理論,於是LP一捏,卵蛋一夾,將那好奇的觸手
伸向生物學這塊少女地身上。
帶頭的人是誰呢?一位是玻爾,另一位是薛丁格,最後一位我不能說。(誤)
玻爾(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)當時在醫學家、生物學家的面前發表了一個名為《光與生命》的演講,
他從量子力學的觀點,大談物理與生物的互補原理。當時台下有一位叫德爾布呂克
(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,聽了玻爾的演講之後,忽然覺
物理學的一些研究方法和原理正可以用於生物學這門新學科,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,那麼它是一個什麼樣的結構,怎樣實現遺傳呢?這個生物學中的
大難題竟然是從一個物理學家首先提筆解答!
到底是誰真強者?嘿!就是赫赫有名的量子力學大師薛丁格。
他在1944年寫了一本研究生物學的書《生命是什麼?》。他指出遺傳物質可能是由
基本粒子連接起來的非週期結晶。它就像電報中的電碼,通過"‧"和"--"組合成一種口令
,這種生命的口令被複製,傳給後代,這就是遺傳。(先來說個後話,薛丁格假設的
密碼即是構成DNA的四種核甘酸,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
。)
玻爾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一位
青年物理學家叫法蘭西斯.克里克(Francis Crick,1916-2004),由物理領域轉攻生物。
在來到劍橋的卡文迪西實驗室後,遇到了從美國來的詹姆士.華生(James Watson,
1928-),他本是學動物的,亦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=
就這樣,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。
話說當時一起向DNA這個神秘王國進軍的共有三支人馬。
上路是:由是英國倫敦大學的莫里斯.威爾金斯(Maurice Wilkins)領導的一個小組,
副將是蘿賽琳.富蘭克林(Rosalind Franklin,1920~1958。先說明一下,有此一說:
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是生物
高分子,普通光學顯微鏡根本看不到它的分子結構。X射線波長很短,穿過DNA分子時,
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
是螺旋形的,但如此這樣一個結構如何攜帶遺傳訊息?
中路是由美國的結構化學權威鮑林(Linus Pauling,1901.02.28-1994.08.19,
『維他命C之父』)領導的小組。1951年,他先用X射線探測蛋白質的結構,順利地得出
α螺旋模型,眼看離摸清DNA的底也不遠了。
下路就是半路出家的華生和克里克。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。這三路大軍如果比一比的話,論實驗條件是威爾金斯實驗室最好,論理論
基礎是鮑林最穩固,是華生和克里克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。
這位嚼著口香糖,帶著典型的美國佬的高傲口吻,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,看是要綁個馬尾,再拿掉眼鏡,應該會比妳的演講
還要出色!」
「噢!親愛的華生,汝不悅~勿觀之!」羅西微笑道。
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。
其實推文中有人已經提到,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。
好,回到正文,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。」
「到底T、C、A、G這四種物質怎樣組合排列,弄清這個也就弄清了DNA的模型。」
於是他們找來些金屬線,又參考了蘿賽琳的資料,兩人在實驗室裏做成又拆掉,拆了又
重做。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。
這樣連組了十幾個月,總是找不到一個理想的模型。這天突然收到一封電報:
「鮑林已經宣佈,他完成了DNA模型,是三股螺旋!」
聽到這個消息可真是晴天霹靂,在這場DNA競賽中,鮑林Nice,華生Jizz!克里克一屁股
跌坐在椅子上,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,而且「自然界的生物體都是成雙作對的。」
還好這只是處驚一場。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。但是,這模型怪的憋扭。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)和
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鹼基時,和用 2 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。!」
回到最初的問題,到底遺傳信息怎樣傳遞呢?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
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,這就是生命的遺傳。如果DNA在複製過程中出一點意外,就會造成物種的突變。
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如推文中所述的不怎麼好。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。
〔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,寫得不夠平淡與
搞笑,唉。另外,大家也可以在書局買到相關的書籍。
大家只要知道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。
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銳寶貝,藝能界陳氏之子。及長,不學無術,遂入「天龍堂」,暴力討債,橫行校園。
是日,聚眾簽賭共圖惡業,為檢警所獲。父母奔相救之,逢人便曰:
「吾子非黨首耶!其受委屈,此乃交友不甚,誤入歧途也。」
鄰人趙老大聽聞此事,詈斥:『混蛋的父母,生出造反的兒子!』
八卦鄉民贊曰:『中肯到爆炸!』總統聞訊,馬眼亦濕。
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◆ From: 203.66.222.12
※ 編輯: jfsu 來自: 203.66.222.12 (03/09 21:43)
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