鮑林DNA研究失敗的原因探討,自然辯證法論文

鮑林DNA研究失敗的原因探討,自然辯證法論文DNA科學(xué)競爭在美國加州理工學(xué)院的鮑林〔LinusPauling〕、科里〔RobertCorey〕和英國卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的沃森〔JamesWatson〕、克里克〔FrancisCrick〕之間進(jìn)行。1953年2月21日，鮑林和科里在(自然〕〔Nature〕發(fā)表研究簡報核酸的構(gòu)造〔StructureoftheNucleicAcids〕：根據(jù)X射線衍射圖的主要特征和基本的分子構(gòu)造原理，我們提出了核酸的構(gòu)造。這個構(gòu)造包括三條相互纏繞的螺旋多核苷酸鏈磷酸基團(tuán)沿分子的中心軸嚴(yán)密堆積，戊糖殘基圍繞在周圍，嘌呤和嘧啶向四周張開，平面與分子軸垂直。〔[1],p.346〕1953年初，鮑林和科里又在(美國科學(xué)院院刊〕〔ProceedingsofNationalAcademyofSciences〕發(fā)表為核酸設(shè)想的構(gòu)造〔AProposedStructurefortheNucleicAcids〕，具體給出了嘌呤堿與嘧啶堿位于分子的外側(cè)，核苷酸鏈依靠磷酸之間的氫鍵結(jié)合的三鏈螺旋模型。圖1左為中心軸附近的三個四面體磷酸基團(tuán)，實(shí)線圓圈代表氧原子，虛線圓圈代表磷原子；右圖為24-殘基7-轉(zhuǎn)的單核苷酸鏈，四面體表示磷酸基團(tuán)，呋喃核糖由連接它們的弧線表示。〔[2],pp.87-88〕。1953年4月25日，三篇DNA構(gòu)造的論文連續(xù)刊登在(自然〕上，包括威爾金斯〔MauriceWilkins〕、斯托克〔AlexStokes〕、威爾遜〔HerbertWilson〕的脫氧戊糖核酸的分子構(gòu)造〔MolecularStructureofDeoxypentoseNucleicAcids〕，富蘭克林〔RosalindFranklin〕、戈斯林〔RaymondGosling〕的胸腺核酸鈉的分子構(gòu)型〔MolecularConfigurationinSodiumThymonucleate〕，沃森、克里克的核酸的分子構(gòu)造〔MolecularStructureofNucleicAcids〕?！瞇3],p.737〕在核酸的分子構(gòu)造中，沃森和克里克提出了DNA的雙螺旋構(gòu)造：兩條反向平行的多核苷酸鏈圍繞同一中心軸互相纏繞，嘌呤與嘧啶堿位于雙螺旋的內(nèi)側(cè)，兩條核苷酸鏈依靠堿基之間的氫鍵結(jié)合。1953年5月30日，他們又在(自然〕發(fā)表脫氧核糖核酸構(gòu)造的遺傳含義〔GeneticalImplicationsoftheStructureofDeoxyribonucleicAcid〕，進(jìn)一步回答了脫氧核糖核酸怎樣自我復(fù)制的問題。沃森和克里克也因而獲得1962年的諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。DNA科學(xué)競爭被形容為遠(yuǎn)方傳奇的大力士被兩個無名小卒砍倒〔[4],p.436〕的故事，20世紀(jì)出色的化學(xué)家被兩個名不見經(jīng)傳的年輕人打敗的原因值得深究，有關(guān)沃森和克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋構(gòu)造的論著很多，但對于鮑林DNA研究失敗的原因還尚未見相關(guān)的報道，本文試作一些初步的討論。一、鮑林失敗原因的主要觀點(diǎn)鮑林DNA研究失敗的原因是什么？對于這一問題，可謂見仁見智，大體能夠歸納為下面幾種觀點(diǎn)：1.資料缺乏講X射線衍射圖是DNA研究的關(guān)鍵之一。20世紀(jì)50年代初，清楚明晰的DNA晶體衍射圖極難獲得，主要由于DNA難以與粘附的蛋白質(zhì)分離，并且分離出來的也只是衍射圖非常模糊的DNA鈉鹽。固然國王學(xué)院的朗德爾〔JohnRandall〕實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)拍攝出了清楚明晰的X射線衍射圖，但是鮑林和科里使用的仍然是英國晶體學(xué)家阿斯特貝里〔WilliamT.Astbury〕1938年發(fā)表的相當(dāng)模糊的X射線衍射圖。鮑林在(構(gòu)造化學(xué)與分子生物學(xué)五十年的進(jìn)展〕〔FiftyYearsofProgressinStructuralChemistryandMolecularBiology〕中指出：我們那些相當(dāng)模糊的X射線照片，事實(shí)上相應(yīng)于DNA纖維的兩種形式圖形的重迭，它們導(dǎo)致我得出這樣的結(jié)論：DNA纖維是三個分子相互盤繞的螺旋絡(luò)合物，而不是我早年論文中根據(jù)互補(bǔ)論據(jù)提出的我所期望的雙螺旋。1951年夏天，鮑林遵從加州理工學(xué)院客座教授吉拉爾特奧斯特〔GeraldOster〕的建議致函朗德爾，希望看一看威爾金斯的X射線衍射圖。1951年8月28日，朗德爾在回信中寫道：很抱歉，奧斯特誤解了我們在DNA方面的意圖，威爾金斯和其別人正忙于解釋X射線衍射圖，把這些照片交給您，對于他們或者整個實(shí)驗(yàn)室的努力來講都是不公平的。1952年5月，鮑林原計劃出席英國皇家學(xué)會的蛋白質(zhì)會議，并且訪問朗德爾的實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)時富蘭克林拍攝的B型DNA鈉鹽纖維的X射線衍射圖，清楚地顯示出雙重對稱性，能夠有力地排除三鏈螺旋的可能性。在會議的前夕，由于你提議中的旅行不符合美國的最大利益，美國拒絕給鮑林簽發(fā)出國護(hù)照。歷史學(xué)家羅伯特奧爾貝〔RobertOlby〕以為，假如鮑林得以成行，威爾金斯是會拿出這些東西給他看的，〔[5],p.49〕這樣鮑林很有可能揭示DNA的正確構(gòu)造。2.浮躁與自負(fù)講鮑林的傳記作家托馬斯哈格〔ThomasHager〕以為，浮躁與自負(fù)是鮑林DNA研究失敗的主要原因之一。20世紀(jì)50年代初是鮑林科學(xué)生涯的一個高峰。1951年4月，鮑林和科里在(美國科學(xué)院院刊〕發(fā)表蛋白質(zhì)的構(gòu)造：多肽鏈的兩種螺旋構(gòu)型，〔[6],p.205〕他們以肽鍵的平面性為基礎(chǔ)，成功提出每圈3.6個氨基酸殘基，相鄰螺圈之間構(gòu)成鏈內(nèi)氫鍵的-螺旋構(gòu)造。之后，鮑林和科里又發(fā)表多肽鏈的兩種螺旋構(gòu)型的原子坐標(biāo)和構(gòu)造因子、合成多肽鏈的構(gòu)造、毛發(fā)、肌肉和其他相關(guān)蛋白質(zhì)的構(gòu)造、血紅蛋白和其他球蛋白的多肽鏈構(gòu)型等七篇論文，戲劇性地占據(jù)(美國科學(xué)院院刊〕1951年5月號的全部版面。劍橋大學(xué)的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室也在資深晶體學(xué)家勞倫斯布拉格〔WilliamLawrenceBragg〕的領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行蛋白質(zhì)構(gòu)造研究，1950年3月31日，布拉格、肯德魯、佩魯茨在英國(皇家學(xué)會學(xué)報〕〔ProceedingoftheRoyalAcademy〕發(fā)表論文晶體蛋白的多肽鏈構(gòu)型〔PolypeptideChainConfigurationsinCrystallineProteins〕。與鮑林相反，卡文迪許研究小組犯了兩個主要的錯誤：一是局限于整數(shù)螺旋，嚴(yán)格限定每一圈的氨基酸殘基數(shù)目為3或4等整數(shù)；二是忽視了肽鍵的平面性，沒有從化學(xué)特性方面施加限制，他們提出的蛋白質(zhì)構(gòu)造到達(dá)二十種之多。戰(zhàn)勝世界著名晶體學(xué)家給鮑林帶來了極大的榮譽(yù)，也在一定程度上產(chǎn)生了自負(fù)的心理，哈格就以為：在解決了阿爾法螺旋問題后，他以為自個不再需要做別人需要做的那些研究的準(zhǔn)備工作了。很清楚，他是世界上解決大分子構(gòu)造的最佳人選。〔[4],p.435〕-螺旋研究前后歷時十多年，鮑林研究小組在生物分子的鍵長和鍵角方面做了大量的工作，而DNA研究卻特別倉促。哈格作了這樣的比擬：阿爾法螺旋是他十多年翻來覆去進(jìn)行分析的結(jié)果，華而不實(shí)凝結(jié)了他在成千上萬小時中艱辛細(xì)致地進(jìn)行晶體衍射研究的心血。在他正式發(fā)表他的模型前，他的實(shí)驗(yàn)室將氨基酸的各個成分精到準(zhǔn)確地測定到了幾分之一度或百分之一埃。在蛋白質(zhì)這一課題上，存在著用X射線拍攝到的大量清楚明晰的資料，能夠讓鮑林作仔細(xì)的研究，使他有可能將幾十種不同的構(gòu)造剔除掉對于DNA，這些事情都沒有做?！瞇4],pp.427-428〕3.老科學(xué)家異常感覺和狀態(tài)佩魯茨〔MaxF.Perutz〕因研究血紅蛋白的構(gòu)造而獲得1962年諾貝爾化學(xué)獎，他在(真該早點(diǎn)惹怒你關(guān)于科學(xué)、科學(xué)家和人性的隨筆〕〔IWishIdMadeYouAngryEarlier-EssaysonScience,Scientists,andHumanity〕中指出：直到生命的最后一息，鮑林仍不停地發(fā)表論文，但這些文章沒有一篇像早期的闡述那樣重要，可能由于他過于專注于某些事情，起先是核戰(zhàn)爭，以后又是維生素C的問題。〔[7],p.13〕鮑林DNA研究失敗后，麻省理工學(xué)院的生物學(xué)家也曾揣測鮑林能否是老科學(xué)家異常感覺和狀態(tài)，他們把這種異常感覺和狀態(tài)定義為偉大人物脫離了科學(xué)家互相提醒對方錯誤的有利系統(tǒng)時所發(fā)生的。〔[8],p.50〕這些觀點(diǎn)牽涉到科學(xué)家的創(chuàng)造性和科學(xué)研究的風(fēng)格。很多科學(xué)家的創(chuàng)造性成就往往是中青年時期做出的，老年科學(xué)家有知識和經(jīng)歷體驗(yàn)的優(yōu)勢，但是，他們也容易受思維定式的影響，也容易由于聲望而聽不進(jìn)批評意見?；ハ嗯u、自由討論是克制個人局限的有效方式方法，在鮑林的實(shí)驗(yàn)室，是一種大師的研究工作處于中心地位，其決策權(quán)威不容質(zhì)疑〔[4],p.187〕的研究風(fēng)格，這種研究風(fēng)格不利于發(fā)揮集體的智慧，不利于克制個人認(rèn)識的局限。總之，鮑林DNA研究失敗的原因是多方面的，上述每一種觀點(diǎn)都有一定道理，我們還能夠結(jié)合詳細(xì)研究經(jīng)過做進(jìn)一步的分析。二、認(rèn)識和方式方法的局限是導(dǎo)致鮑林失敗的主因1.從遺傳信息的載體看認(rèn)識的局限任何科學(xué)突破都需要條件的積累，敏銳把握科學(xué)條件的變化，是做出科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要前提。20世紀(jì)50年代初，科學(xué)發(fā)展已經(jīng)為揭示DNA的構(gòu)造準(zhǔn)備了條件。從米歇爾〔FriedrichMiescher〕、柯塞爾〔AlbrechtKossel〕到列文〔PhoebusLevene〕已經(jīng)認(rèn)識到了DNA的組成、種類和連接方式；美國化學(xué)家列文、英國晶體學(xué)家阿斯特貝里、挪威晶體學(xué)家福伯格已先后提出過DNA的構(gòu)造模型；X射線技術(shù)的完善也為揭示DNA構(gòu)造準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)條件；更重要的是，越來越多的證據(jù)顯示DNA才是遺傳信息的載體。但是，鮑林對于DNA意義的認(rèn)識卻經(jīng)歷了一個彎曲復(fù)雜的經(jīng)過：〔1〕20世紀(jì)40年代初，鮑林也迷失在蛋白質(zhì)的偏見中。在列文的四核苷酸假講中，四種堿基在DNA中的含量相等，單調(diào)和重復(fù)構(gòu)造的DNA似乎不合適攜帶遺傳信息；而蛋白質(zhì)由20種不同的氨基酸組成，它們具有多種形式和復(fù)雜的排列方式，多樣性構(gòu)造可能正合適儲存復(fù)雜的遺傳信息。與當(dāng)時的普遍認(rèn)識一樣，鮑林也以為構(gòu)造簡單的DNA很可能只是一種構(gòu)造性的成分，蛋白質(zhì)最可能是遺傳信息的載體?！?〕實(shí)際上，19世紀(jì)60年代米歇爾的研究已經(jīng)預(yù)示DNA的遺傳意義，但是他的工作在很大程度上被忽視了。直到1935年，洛克菲勒研究院的艾弗里〔OswaldT.Avery〕發(fā)現(xiàn)，DNA本身就能在肺炎球菌之間傳遞新的遺傳信息，艾弗里、麥克勞德、麥卡蒂的細(xì)菌特征轉(zhuǎn)化研究顯示，遺傳單位不存在于復(fù)雜的蛋白質(zhì)中，而存在于外表看起來單調(diào)的DNA中。1944年，艾弗里發(fā)表論文，提出DNA在肺炎球菌之間傳遞遺傳特性的觀點(diǎn)，并且解釋了格里菲斯的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當(dāng)艾弗里的論文在(實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志〕〔JournalofExperimentalMedicine〕上發(fā)表時，鮑林并沒有真正改變對于DNA意義的看法，他講：我以前就知道DNA是一種遺傳物質(zhì)的論點(diǎn)，然而，我沒有接受這一論點(diǎn)，你們知道，那時我正熱衷于蛋白質(zhì)的研究，我以為蛋白質(zhì)最有可能是遺傳物質(zhì)，不可能是核酸當(dāng)然，核酸也有作用。〔[4],p.400〕〔3〕真正認(rèn)識到DNA的意義是法國盧瓦蒙噬菌體會議之后。1952年7月，鮑林出席在法國舉行的國際生物化學(xué)大會，之后又參加在巴黎城郊的盧瓦蒙修道院舉行的國際噬菌體會議，聽取美國微生物學(xué)家赫爾?！睞lfredD.Hershey〕的報告。1952年春，赫爾希和蔡斯〔MarthaChase〕采用放射性同位素磷〔P32〕和硫〔S35〕對T2噬菌體的DNA標(biāo)記，他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噬菌體侵染其寄主細(xì)菌細(xì)胞時，只要噬菌體的DNA進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，而蛋白質(zhì)卻留在外面，實(shí)驗(yàn)以確鑿的證據(jù)表示清楚DNA是遺傳信息的載體。盧瓦蒙噬菌體會議之后，鮑林才意識到自個走向了錯誤的方向?？死锟酥v：雙螺旋的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過，從科學(xué)上講，是特別平凡的；我以為這一點(diǎn)是必須加以強(qiáng)調(diào)的。重要的在于發(fā)現(xiàn)了DNA構(gòu)造這個課題本身?！瞇9],p.55〕賈德森〔HoraceJudson〕也指出：發(fā)現(xiàn)DNA構(gòu)造在當(dāng)時是很難的，但不是由于其內(nèi)在的原因，而是由于人們沒有認(rèn)識到它的重要性和特殊性。〔[8],p.8〕首先，DNA在于其概念的重要性，不僅賦予這項(xiàng)研究以重要意義，而且對正確研究DNA的構(gòu)造也具有重要的指導(dǎo)意義。對于鮑林來講，他只是把DNA看成是一種比擬重要的生物大分子罷了，核酸只不過是令人感興趣的化學(xué)品，正如氯化鈉是一種有趣的化合物一樣?！瞇4],p.434〕認(rèn)識的局限束縛了研究者的視野。與鮑林不同，沃森和克里克更早就認(rèn)識到了DNA的意義，并且將研究目的確立為生命究竟是什么這種宗教式的目的，是他們從一開場時就具有愈加開闊研究視野的重要原因。其次，從時間來看，鮑林、科里和沃森、克里克都是從1951年才真正開場研究，到1953年4月沃森和克里克在(自然〕發(fā)表核酸的分子構(gòu)造為止，前后不到三年時間。正確認(rèn)識研究對象的意義，并且以極大的熱情投入到研究中去，在這一案例中顯得尤為重要。2.從研究經(jīng)過看思維方式的局限從研究經(jīng)過來看，受蛋白質(zhì)思維定式的影響，這是鮑林失敗的重要原因。唐有祺院士1946年9月到1951年在加州理工學(xué)院學(xué)習(xí)，跟隨鮑林主攻X射線晶體學(xué)，他在化學(xué)的回首和瞻望中寫道：鮑林通過模型方式方法成功的揭示了蛋白質(zhì)的-螺旋構(gòu)造，在蛋白質(zhì)構(gòu)造和DNA的構(gòu)造之間存在的差異不同是，在為一個多肽鏈段搭出一個-螺旋時，只需考慮一個靠分子內(nèi)氫鍵構(gòu)成的單螺旋，20種氨基酸殘基的多種R基伸向螺旋外側(cè)，進(jìn)而并不影響螺旋主體的規(guī)則性在-螺旋的情況下將氨基酸殘基的R基放在螺旋的外側(cè)正能夠使螺旋的主體保持規(guī)則性，而這個先入為主的想法很可能是在搭建DNA螺旋體時錯誤地將順序變幻不定的4種不同的有機(jī)堿放在外側(cè)并將磷酸根放在內(nèi)側(cè)的導(dǎo)因。〔[10],p.4〕1951年11月，鮑林從(美國化學(xué)會學(xué)報〕〔JournaloftheAmericanChemicalSociety〕讀到愛德華朗溫〔EdwardRonwin〕的論文核酸的磷三酐構(gòu)造〔APhosphor-tri-anhydrideFormulefortheNucleicAcids〕，在朗溫的核酸構(gòu)造中，分子核心由磷酸酐連接起來，每個磷原子與5個氧原子相連，堿基伸向分子四周。固然鮑林寫信向(美國化學(xué)會學(xué)報〕表示，將5個氧原子同1個磷原子結(jié)合是一個不可能的構(gòu)造，因而設(shè)想的磷三酐構(gòu)造不應(yīng)該太當(dāng)真?！瞇11],p.378〕他卻贊同朗溫將堿基放在分子外側(cè)的想法，正如蛋白質(zhì)中一樣，把氨基酸放在分子的外側(cè)就不會影響主體的規(guī)則性；在DNA中，將雙環(huán)的嘌呤堿和單環(huán)的嘧啶堿放在分子的內(nèi)側(cè)，就存在怎樣放置的問題，而將它們放在分子的外側(cè)，就比擬容易設(shè)想分子的模型；況且，阿斯特貝里的X射線衍射圖并沒有排除這種可能性。因而鮑林揣測，DNA中的堿基很可能在分子的外側(cè)。這還只是一種初步的假設(shè)，必須在隨后的研究中進(jìn)行檢驗(yàn)，也必須考慮到其他可能性。但是鮑林將堿基放在分子的外側(cè)后，就一心迷戀于磷酸的包裝，〔[4],p.434〕由于對這種設(shè)想的偏愛，鮑林沒有認(rèn)真考慮其別人不同的研究成果，在堿基配對方式上，鮑林講：固然我知道E.查伽夫的工作，他曾指出，在DNA中，嘌呤和嘧啶堿基比照例相等，但是我卻沒有想到氫鍵鍵合的互補(bǔ)構(gòu)造牽涉到腺嘌呤與胸腺嘧啶和鳥嘌呤與胞嘧啶之間的配對問題?！瞇5],p.50〕在雙鏈螺旋上，鮑林講：我以為科里和我在1953年2月所描繪敘述的三鏈構(gòu)造很可能是產(chǎn)生于纖維構(gòu)成經(jīng)過而在生理活性狀態(tài)下不顯示其DNA分子的人工制品。思維定式也表如今DNA構(gòu)造矛盾的處理上。與-螺旋一樣，三螺旋模型也是面對矛盾的數(shù)據(jù)〔[4],p.424〕發(fā)表研究結(jié)果。20世紀(jì)30年代，鮑林就已經(jīng)提出蛋白質(zhì)的初步構(gòu)造，但是這種構(gòu)造與當(dāng)時的晶體學(xué)權(quán)威阿斯特貝里的X射線衍射圖存在著矛盾，在阿斯特貝里的X射線衍射圖上，氨基酸鏈每隔5.1埃將會出現(xiàn)重復(fù)單位，而鮑林模型這一數(shù)據(jù)是5.4埃。在審視了模型的關(guān)鍵構(gòu)造之后，鮑林大膽地沖破這一數(shù)據(jù)的束縛，向科學(xué)界頒布了-螺旋模型。同樣，在DNA構(gòu)造中，固然科里的計算表示清楚，DNA核心部位的氧靠得太近而無法裝配在一起，但是鮑林滿意地看到，在分子的核心部位，每個平面上有三個磷酸基團(tuán)，每個四面體磷酸基團(tuán)提供2個氧原子，構(gòu)成一個完美的八面體形狀，〔[2],p.89〕這是晶體學(xué)中的常見形狀，似乎表示清楚構(gòu)造的合理性?；诘鞍踪|(zhì)的經(jīng)歷體驗(yàn)，鮑林同樣相信也會在后來才找到需要的事實(shí)來回答批評他的人。〔[4],p.425〕一方面，對于假講的堅定信念導(dǎo)致了-螺旋的成功；另一方面，這種思維定式卻使DNA的研究走入了死胡同，總結(jié)鮑林在DNA研究中的失誤，能夠以為：〔1〕認(rèn)識的片面性。堿基朝外，三鏈螺旋這些顯而易見的結(jié)論，沒有經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn)就確定下來，過早把自個限定在一個糟糕的方案中，正如德波諾〔EdwardBono〕所指出的，假如洞挖錯了地方，那么再多的改良也不會使洞的位置正確?！瞇12],p.14〕〔2〕在科學(xué)研究中，偏愛往往會影響研究者客觀的觀察和判定，主觀愿望在不知不覺中產(chǎn)生。實(shí)際上，查伽夫規(guī)則、雙鏈等事實(shí)鮑林已經(jīng)知道，但是偏愛使研究者沒有勇氣放棄舊假講，同時也往往不自覺地歪曲了對事實(shí)的判定。貝弗里奇〔WilliamBeveridge〕講道：一旦相信了某種設(shè)想之后，就很難僅僅由于發(fā)現(xiàn)了相反的事實(shí)而被放棄?！瞇13],p.55〕我們必須特別注意，不使自個對自個的假講過于熱中，應(yīng)力求客觀的判定要提高警覺，不使觀察和解釋遭到假講的影響而歪曲?！瞇13],p.55〕沃森和克里克也有很多錯誤的認(rèn)識。假如講富蘭克林、多諾休〔JerryDonohue〕的批評是沃森和克里克克制錯誤認(rèn)識的外因，那么從內(nèi)因來看，也得益于他們愿意拋棄錯誤的勇氣。1951年11月，沃森和克里克根據(jù)X射線衍射圖、晶胞大小和含水量，設(shè)想了一個與鮑林類似的三鏈螺旋：糖-磷酸主鏈在分子的內(nèi)側(cè)，堿基在分子的外側(cè)，帶負(fù)電的磷酸根與帶正電的鎂離子構(gòu)成的鹽鍵維持主鏈的穩(wěn)定。沃森以為，在正常的pH條件下磷酸帶負(fù)電，一定存在正離子抵消額外的負(fù)電荷，假如鎂離子或鈣離子附在糖和磷酸的骨架之中，很快就能得到一種非常精致的構(gòu)造，其正確性無可非議。然而，這一正確性無可非議的設(shè)想很快就被富蘭克林否認(rèn)了。1951年12月，富蘭克林來到劍橋，直接了當(dāng)?shù)刂赋鏊麄兊膬蓚€明顯的錯誤：第一，在細(xì)胞核中，鎂離子或鈣離子被水分子包圍，不可能將磷酸結(jié)合在一起；第二，DNA的含水量實(shí)際上應(yīng)該是他們計算值的10倍。由于富蘭克林的批評，沃森和克里克及時認(rèn)識到這些錯誤。酮式和烯醇式異構(gòu)是DNA構(gòu)造的又一個關(guān)鍵。當(dāng)時的教學(xué)材料以為氫原子能夠在嘌呤環(huán)或嘧啶環(huán)的氮原子和氧原子之間移動，處于互變異構(gòu)平衡之中，克里克以為這種變化的構(gòu)型難以構(gòu)成穩(wěn)定的氫鍵，因此反對氫鍵結(jié)合，沃森也由于同樣的原因以為應(yīng)該把糖-磷酸主鏈放在分子的內(nèi)側(cè)。在美國晶體學(xué)家多諾休的幫助下，沃森和克里克認(rèn)識到，鳥嘌呤或胸腺嘧啶是以酮式而不是以烯醇式的形式存在，終于克制了堿基氫鍵結(jié)合的重要障礙。沃森和克里克的例子從相反的角度講明了鮑林的局限性，怎樣才能及時從堿基外側(cè)轉(zhuǎn)變到堿基內(nèi)側(cè)，從三鏈轉(zhuǎn)變到雙鏈上來？同樣需要鮑林研究小組具有拋棄錯誤的勇氣，正如克里克在(狂熱的追求科學(xué)發(fā)現(xiàn)之我見〕〔WhatMadPursuit-APersonalViewofScientificDiscovery〕所指出：那么，我和沃森又有什么值得稱道之處呢？假如有的話，也許是當(dāng)某些設(shè)想站不住腳時，我們總是樂于并堅決地拋棄它們很多嘗試的失敗不是由于研究者不夠聰明而是他們鉆入了死胡同或稍遇困難就很快放棄了。〔[15],P.83〕其次也需要鮑林研究小組擅長批判性地接受不同的觀點(diǎn)，以開放的心態(tài)對待查伽夫規(guī)則以及對三鏈模型的不同意見，這樣才能克制思維定式的影響，避免鉆入死胡同?？傊贒NA的研究中，敢于拋棄錯誤的觀念、活潑的思維方式比知識的大量積累愈加重要，正如貝弗里奇所講的：為了作出科學(xué)發(fā)現(xiàn)，冒險、顛覆、創(chuàng)造性以及青年人的機(jī)智要比老年人廣博而可信的智慧重要得多?！瞇16],p.135〕一般講來，博學(xué)不是作出發(fā)現(xiàn)的最重要因素。當(dāng)回首式地作一考察就會看到活潑的心理和進(jìn)行研究時的正確方式比知識的大量積累愈加重要?！瞇16],p.133〕3.從三鏈模型看研究方式方法的局限鮑林和科里的三鏈螺旋模型有三個主要問題：一是三鏈模型不能解釋DNA的復(fù)制機(jī)制；二是三條鏈依靠磷酸分子間的氫鍵結(jié)合；三是中心位置組裝太緊了。賈德森在(創(chuàng)世紀(jì)的第八天〕〔TheEighthDayofCreation〕這樣指出：在清楚明晰可靠的嚴(yán)密組裝是必要的這句話后面是鐵一樣的事實(shí)鮑林把核心組裝得太緊了就像自個的鞋子、手套和領(lǐng)子一樣，太緊了會使人不舒適模型是沉默的。它什么也不能解釋。它既沒有提供本身復(fù)制的線索，也沒有表示清楚它對細(xì)胞其他部分有什么影響。十分是，構(gòu)造忽視了查伽夫規(guī)則。來自模型的任何部分都沒有揭開基因的機(jī)密。〔[8],p.98〕這些構(gòu)造問題直接與DNA的生物學(xué)特征相悖，沃森就以為，鮑林之所以沒有考慮到兩條鏈的情況，是由于他并沒有像生物學(xué)家那樣考慮DNA。實(shí)際上，1940年，鮑林和德爾布呂克〔MaxDelbrck〕就在(科學(xué)〕〔Science〕提出基因的復(fù)制機(jī)制，他們以為，基因的分裂經(jīng)過包含兩個階段，分子A先作為合成互補(bǔ)分子A1的模版，然后A1再作為合成互補(bǔ)分子的模版。但是，在實(shí)際研究中，可能過于考慮磷酸的構(gòu)造化學(xué)問題、過于強(qiáng)調(diào)氫鍵的作用將他引向了錯誤的方向。磷酸在生理?xiàng)l件下電離，而在鮑林的三鏈螺旋中，羥基在磷酸中不能電離，這樣才能將磷酸結(jié)合在一起，以致于沃森講偉大的化學(xué)家忘記了基礎(chǔ)化學(xué)。DNA研究能夠表述為：DNA分子構(gòu)造的規(guī)則性及其化學(xué)穩(wěn)定性，DNA分子的核苷酸排列怎樣反映DNA的復(fù)制機(jī)制，前者主要是構(gòu)造問題，而后者主要是功能問題。將堿基放在分子的外側(cè)，固然不用考慮堿基怎樣組裝的問題，但是堿基相互之間互不相干，怎樣具體表現(xiàn)出DNA精到準(zhǔn)確的復(fù)制機(jī)制。而將堿基放在分子的內(nèi)側(cè)，在堿基復(fù)雜的組合方式中正可能蘊(yùn)涵著精到準(zhǔn)確的復(fù)制機(jī)制。從事后的目光來看，一條鏈上的腺嘌呤〔A,Adenine〕與另一條鏈上的胸腺嘧啶〔T,Thymine〕，鳥嘌呤〔G,Guanine)與胞嘧啶〔C,Cytosine)的配對，從生物學(xué)的角度來看，每條鏈都能夠作為一個完全一樣的新螺旋的基礎(chǔ)，能夠很好地解釋自催化和異催化。這樣就會自然地考慮同類配對與互補(bǔ)配對問題，而假如采用同類配對，即鳥嘌呤與鳥嘌呤、腺嘌呤與腺嘌呤、胸腺嘧啶與胸腺嘧啶、胞嘧啶與胞嘧啶的配對，就會出現(xiàn)兩類不同幾何形狀、不同幾何大小的堿基對，使雙螺旋的骨架不規(guī)則，在分子構(gòu)造和復(fù)制機(jī)制兩個方面都存在問題。假如采用互補(bǔ)配對，即AT、GC配對〔如此圖3〕，不僅解決了分子骨架不規(guī)則的問題，而且堿基之間能構(gòu)成適宜的氫鍵，也蘊(yùn)涵著巧妙的復(fù)制機(jī)制，完美地具體表現(xiàn)出了構(gòu)造與功能的統(tǒng)一。這也是沃森和克里克在研究的時候，始終聯(lián)絡(luò)到DNA的功能，他們開場設(shè)計的就是一個不僅會和X射線衍射資料一致，而且也將顧及到自催化和異催化雙重功能〔[9],p.55〕的合理之處。因而，DNA的精到準(zhǔn)確復(fù)制隱含同類配對還是互補(bǔ)配對這一構(gòu)造問題，堿基的互補(bǔ)配對不僅僅是解決DNA核心部位規(guī)則性的關(guān)鍵，而且也是回答DNA精到準(zhǔn)確復(fù)制機(jī)制的關(guān)鍵。至少能夠講，DNA研究不僅僅僅是構(gòu)造問題，同時也是功能問題，鮑林自始至終都沒有牽涉到堿基配對方式，一定程度上與構(gòu)造學(xué)家忽視了生物學(xué)功能研究有關(guān)。根據(jù)哈格的講法：在鮑林的頭腦中，華而不實(shí)心問題在本質(zhì)上能夠歸結(jié)為牽涉到磷酸構(gòu)造化學(xué)特性問題。他想，DNA的生物學(xué)意義以后一定會搞清楚；要是構(gòu)造是正確的，那么生物學(xué)上的重要性自然會通過某種方式具體表現(xiàn)出出來。在這一點(diǎn)上，他的任務(wù)是弄清楚構(gòu)造，而不是明確其功能。比方同為構(gòu)造學(xué)家的威爾金斯，沃森指出：威爾金斯的主要目的是研究分子本身的構(gòu)造；他并沒有打算在他的構(gòu)造理論中考慮通過任何實(shí)際的途徑去講明生物〔遺傳〕的功能。威爾金斯本質(zhì)上主要是一個構(gòu)造論者?！瞇17],p.31〕鮑林的模型方式方法能夠依靠鍵長和鍵角的限制，依靠化學(xué)特性縮小考慮的范圍，使研究者能夠?qū)Y(jié)果作出合理的猜想，這是鮑林研究方式方法的優(yōu)點(diǎn)。但是，鮑林在DNA構(gòu)造研究中，忽視了DNA的生物學(xué)功能，從研究方式方法上截斷了一個重要的啟起源，這可能也是鮑林小組失敗的原因之一。三、結(jié)語1954年，鮑林因價鍵理論單獨(dú)獲得諾貝爾化學(xué)獎；1962年，鮑林又因反對核試驗(yàn)單獨(dú)獲得諾貝爾和平獎；若能正確揭示DNA的構(gòu)造，鮑林就將成為科學(xué)史上第一個三次獲得諾貝爾獎金者。但他錯過了這次時機(jī)。與此同時，對于DNA意義的正確認(rèn)識、活潑的思維方式、恰當(dāng)研究方式方法的完美結(jié)合，最終成就了沃森和克里克分子生物學(xué)之父的美名。作為20世紀(jì)構(gòu)造學(xué)派的代表人物，鮑林創(chuàng)造性地運(yùn)用模型方式方法來研究生物分子的構(gòu)造，在科學(xué)史上呈現(xiàn)出鮑林-科里與布拉格-肯德魯-佩魯茨之間的蛋白質(zhì)科學(xué)競爭、鮑林-科里與沃森-克里克之間的DNA科學(xué)競爭。與信息學(xué)派的創(chuàng)始人玻爾、薛定諤不同，鮑林將生命看成一種分子經(jīng)過，這些思想具體表現(xiàn)出在生命經(jīng)過分子間作用力的本質(zhì)〔1940年發(fā)表于(科學(xué)〕〕、生物大分子作用力的本質(zhì)〔1948年英國皇家學(xué)會周五晚間講座〕、分子構(gòu)造與生命經(jīng)過〔1948年杰西布特基金會演講〕中，一定程度上，鮑林-科里與沃森-克里克DNA研究方式方法的差異根本源頭于構(gòu)造學(xué)派與信息學(xué)派生命觀的差異。因而，以鮑林為關(guān)注的中心，深切進(jìn)入研究相關(guān)的案例，對于理解20世紀(jì)這場最重要的科學(xué)競爭以及科學(xué)方式方法論都會起到有益的啟示與借鑒。［參考文獻(xiàn)］[1]Pauling,L.,Corey,R.,StructureoftheNucleicAcids[J].Nature,1953,171(4347):346.[2]Pauling,L.,Corey,R.,AProposedS