量子力學(xué)黃金年代的逝去

話說(shuō)有人的地方就有江湖，學(xué)術(shù)圈也不例外，科學(xué)家對(duì)于學(xué)術(shù)成就的渴望就好比武林人士對(duì)于武林盟主的渴望。回望上世界40，50年代，剛剛過(guò)了量子力學(xué)的黃金年代，當(dāng)時(shí)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(shí)還挺尷尬的，可以說(shuō)是錯(cuò)過(guò)了建立豐功偉績(jī)的大機(jī)會(huì)。

話說(shuō)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(gè)系列演講，就是提出“薛定諤的貓”的科學(xué)家，他在當(dāng)時(shí)是大神級(jí)科學(xué)家的存在，不過(guò)此時(shí)的薛定諤已經(jīng)年邁。這個(gè)系列演講后來(lái)變整理成書，這本書叫做《生命是什么》 。

這本書可以說(shuō)奠定了未來(lái)幾十年生物學(xué)的發(fā)展。薛定諤發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：

X射線只能影響很少的一部分原子，可是果蠅經(jīng)過(guò)X射線照射之后就會(huì)發(fā)生變異，這說(shuō)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(wàn)~337萬(wàn)個(gè)原子，它們松散地聚集在一起，但是原子是有熱運(yùn)動(dòng)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(guò)某種極其特殊的結(jié)構(gòu)才讓自己穩(wěn)定下來(lái)的。

這觀點(diǎn)一亮出來(lái)，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(shí)發(fā)現(xiàn)雖然錯(cuò)過(guò)了量子力學(xué)的黃金年代，但是他們正在迎來(lái)一個(gè)跨界的好機(jī)會(huì)，那就是對(duì)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(shuí)能提出正確的模型，那絕對(duì)可以拿到諾貝爾獎(jiǎng)，并且名垂青史的，可以說(shuō)是一場(chǎng)沒(méi)有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)。

三股勢(shì)力的爭(zhēng)奪戰(zhàn)

當(dāng)時(shí)加入這場(chǎng)大戰(zhàn)的主要有三股勢(shì)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(jiǎng)，后來(lái)因?yàn)榉磳?duì)制造原子彈又在1962年拿了一次諾貝爾和平獎(jiǎng)。

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

首先是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家富蘭克林和威爾金斯領(lǐng)銜的倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院代表隊(duì)。

倫敦大學(xué)國(guó)王學(xué)院

這支代表隊(duì)的優(yōu)勢(shì)就在于他們有技術(shù)：X射線衍射技術(shù)。說(shuō)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(shí)驗(yàn)室代表隊(duì)。

無(wú)論是國(guó)王學(xué)院代表隊(duì)還是卡文迪許實(shí)驗(yàn)室代表隊(duì)都對(duì)這場(chǎng)大戰(zhàn)超級(jí)重視，畢竟這四位還只是學(xué)術(shù)圈的小將，如果誰(shuí)能最先提出DNA正確的結(jié)構(gòu)模型，那一定會(huì)一戰(zhàn)封神。

起初，這場(chǎng)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(jiàn)光，是因?yàn)榭梢?jiàn)光的波長(zhǎng)比DNA分子要長(zhǎng)得多，這就好比用米尺去測(cè)量跳蚤一樣。

X射線而不同一般光線，是因?yàn)閄射線的波長(zhǎng)比分子要小，X射線遭遇到晶體分子后，就會(huì)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(huì)形成圖像，這個(gè)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(huì)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(gè)投影，就好像人被光照了之后會(huì)有影子是一個(gè)意思。不過(guò)人實(shí)實(shí)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(gè)時(shí)代真的很難很難。

國(guó)王代表這頭先是通過(guò)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?yàn)镈NA實(shí)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(huì)有不同的模型。

后來(lái)，富蘭克林又拍出了一張足以載入史冊(cè)的X射線衍射圖，江湖人稱：51號(hào)衍射圖。這其實(shí)是完美符合B型結(jié)構(gòu)的。這張圖后來(lái)也成為了這場(chǎng)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(shí)的學(xué)術(shù)圈其實(shí)也都大概能猜得出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，只不過(guò)科學(xué)的研究是不能光靠嘴說(shuō)的，重點(diǎn)要證明出來(lái)。

只是富蘭克林很謹(jǐn)慎，因?yàn)樗恢睕](méi)搞明白為什么會(huì)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(gè)原因就是她對(duì)研究成果和照片都是嚴(yán)格保密的，不會(huì)透漏出去。她很清楚這場(chǎng)大戰(zhàn)需要爭(zhēng)分奪秒，但是她現(xiàn)在是遙遙領(lǐng)先的。

至于卡文迪許實(shí)驗(yàn)室代表隊(duì)就比較悲壯，他們沒(méi)有高科技輔助，而且屬于無(wú)名小卒。不過(guò)人家理論知識(shí)很扎實(shí)，要知道不管是威爾金斯還是富蘭克林可都是實(shí)驗(yàn)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(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，對(duì)于這兩位仁兄來(lái)說(shuō)，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(huì)搞地下工作。

卡文迪許實(shí)驗(yàn)室

他們先是通過(guò)自己的老板得知富蘭克林申請(qǐng)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)時(shí)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(duì)付另外一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(shí)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(jué)得大事不好，他們知道萊納斯·鮑林的模型是有問(wèn)題的，但苦于自己沒(méi)有能力證明萊納斯·鮑林論文有問(wèn)題的證據(jù)。

于是，找到富蘭克林，跟她說(shuō)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(chǎng)指出了萊納斯·鮑林的錯(cuò)誤。萊納斯·鮑林撤回了論文，正好趕上了冷戰(zhàn)，他跑去反對(duì)原子彈，再?zèng)]功夫搞研究，于是退出了這場(chǎng)戰(zhàn)斗。

緊接著，沃森和克里克開始勾搭威爾金斯，并成功說(shuō)服了威爾金斯。威爾金斯在不經(jīng)過(guò)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(guò)望，里面投入研究和計(jì)算，以最快的速度發(fā)表論文。

沃森和克里克研究DNA時(shí)的手稿

我們熟悉的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)也就是在這個(gè)時(shí)候被公布了出來(lái)。在這篇論文里，沃森和克里克提到引用了國(guó)王學(xué)院代表隊(duì)沒(méi)有公布的數(shù)據(jù)和照片，連一句鳴謝富蘭克林的話都沒(méi)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(guó)王學(xué)院換了研究方向。5年后，富蘭克林因?yàn)殚L(zhǎng)期在X射線下工作的原因，患了癌癥去世，年僅37歲。

又過(guò)了四年，諾貝獎(jiǎng)?lì)C給了沃森，克里克，威爾金斯。他們贏了這一場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)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(lái)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?yàn)榉磳?duì)原子彈而拿到諾貝爾和平獎(jiǎng)，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(hào)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(chǎng)懸案，后世許多人都在為富蘭克林鳴不平。關(guān)于這場(chǎng)大戰(zhàn)，我們就說(shuō)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(guò)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(wèn)題。而這個(gè)問(wèn)題至今還沒(méi)有一個(gè)科學(xué)家可以給出具有說(shuō)服力的解釋。但這個(gè)問(wèn)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(gè)陰影能盡早散去。