威尔金斯说：“DNA是迈达斯^[13]的金子，谁摸了都会发疯。”

DNA双螺旋结构的发现要从分子生物学的发展说起。分子生物学一词最早由沃伦·维沃（Warren Weaver）^[14]在1938年给洛克菲勒基金会（Rockefeller Foundation）的报告中第一次使用。维沃在报告中写道：“在物理学、化学和生物学相融合的交叉领域会逐渐形成科学中的新学科——分子生物学。分子生物学会发现许多生物细胞中的基本秘密。”美国化学家鲍林（Linus Pauling）^[15]就曾表示过：“维沃提出这个术语的意义是重大的。这使得洛克菲勒基金会从很早就开始支持我的工作。他们的观点很明确，我们如果研究生物大分子，他们会更感兴趣。大部分原因是由于这一观念，我们认为时机已经来临，进攻的目标应该是生物和医学中的生命问题。基金会在几年中给我们几百万美元的资助，从那时起我们就开始使用‘分子生物学’一词，也许我们几个都用了这个概念。”（贾德森，2005）可见“分子生物学”学科边界以及资助规则的确立，在研究初期大大推动了鲍林的科研活动。

在英国的体制下，故事如出一辙。物理学家兰德尔（John Randall）^[16]1943年在圣约翰大学工作时，便已开始打算推动英国的生物物理学研究，为此他在1945年向英国的医学研究理事会（MRC）写了一份提案，提出MRC应该资助“应用物理方法解释生物学问题的研究，以推动这一有前景的研究方向”。“二战”后，工党政府不断提高科研经费额度，虽然民用科研经费的提高没有国防科技那么显著，但研究理事会在财政部的直接领导下，研究经费也实现了战争期间难以想象的快速增加（见表4-6）。

表4-6　1938—1965研究理事会经费情况（百万英镑）（Presidental Address to the Institute of Physics and Physical Society，1966）

MRC期待发现有潜力的研究领域，并推动研究的进展，以表明其高瞻远瞩的科学眼光以及科学自治的胜利。恰逢此时，兰德尔的报告受到了MRC的重视，在1946年便委任兰德尔任MRC生物物理委员会的主任，并开始在英国资助相关的研究。也就在同一年，伦敦国王学院的MRC生物物理学研究小组（MRC Biophysics Research Unit）成立了，威尔金斯、富兰克林（Rosalind Franklin，1920—1958）^[17]、雷蒙德·格斯林（Raymond Gosling，1926—2015）等人也都在相似的研究兴趣的召唤下来到了这个小组。1946年，卡文迪许实验室主任布拉格帮助佩鲁兹的晶体小组撰写了研究申请书，从卡文迪许实验室X衍射物理学以及结构化学的优势出发，希望能够从MRC的生物物理学委员会申请到经费。他们成功了！1947年，MRC考虑到卡文迪许实验室的优势，在这里建立起了生物系统的分子结构研究小组（Unit for Research on the Molecular Structure of Biological Systems），由佩鲁兹和肯德鲁^[18]两人领导。这也是卡文迪许实验室的第一笔与分子生物学相关的经费，这笔经费一直支撑着克里克与沃森的研究，直到他们在与兰德尔领导的伦敦国王学院小组的竞争与合作中发现了DNA结构的奥秘。

沃森于1950年毕业于印第安纳大学，攻读博士期间在萨尔瓦多·卢里亚（Salvador Luria）等人的噬菌体小组^[19]工作，正式涉足遗传学的研究。受到噬菌体小组的影响，沃森开始相信DNA就是基因的载体。早在1944年，细菌学家艾弗里通过实验证实纯化的DNA分子能够将一种细菌的遗传特性传递给另一种细菌。人们都知道DNA存在于细胞的染色体之中，艾弗里的结果强有力地显示出所有的基因都是由DNA组成的，这也就意味着蛋白质并不是解开生命之谜的罗塞塔石碑^[20]。沃森所在的噬菌体小组让沃森对于DNA的认识不断深化，于是他在博士毕业后来到哥本哈根作博士后研究，其间在那不勒斯参加一个学术会议，从威尔金斯的演讲中得知DNA是存在规则的结构。此时的沃森正因为远在美国的鲍林发现了蛋白质的α螺旋而激动万分，期待能够对他认定的遗传物质——DNA结构做出一些解释，与威尔金斯的交流坚定了他揭示DNA结构的决心。在欧洲期间，沃森得知剑桥的佩鲁兹对生物大分子尤其是血红蛋白的结构感兴趣，于是辗转来到剑桥。1951年，沃森来到卡文迪许实验室，在这里他认识了克里克。

“从来都不谦逊”的克里克当时还是剑桥大学的在读博士生^[21]，但是他却是佩鲁兹的实验室中唯一一位“懂得DNA比蛋白质要多”的人（沃森，1987）。克里克对于卡文迪许实验室所擅长的X射线分析技术了如指掌（虽然后来他们的发现用的并不是自己做出来的衍射图），而沃森坚信DNA是“万物之本”，他带来了许多关于遗传功能的知识。这样，两种彼此独立的研究学派相遇了，产生聚合效应。从广义上来说，英国人和美国人相遇了——来自英美的两种研究方法相遇了，将化学引入物理学层面，生物学中的具体结构和抽象功能得到深入分析。也有人评价说以前这两种研究的汇合只发生在一个地方，那就是美国加州理工学院的鲍林研究小组，他们成功地解释了蛋白质的结构，但是鲍林的噬菌体小组中没有一个人像沃森那样对解决DNA结构有强烈的好奇心（贾德森，2005）。沃森和克里克认为DNA是一个枢纽，而这个选择与卡文迪许的研究传统有着直接的关系，他们确定了以解决DNA结构为目标，并认为这种解释的重要性是划时代的。

沃森和克里克刚开始DNA结构的研究时，他们的研究基础远没有在伦敦国王学院的威尔金斯好。卡文迪许生物系统分子结构小组（MRC Unit for the Study of the Molecular Structure of Biological Systems）和伦敦大学国王学院的生物物理学研究小组（MRC Biophysics Research Unit）是MRC资助的两个姊妹实验室，然而在拨款上总是优先考虑伦敦的威尔金斯所在的研究室，因为威尔金斯已经用X射线衍射的方法研究DNA的晶体结构有一段时间了。在英国科学界有着与美国不同的传统，英国人的公平竞争（fair play）指的是当你知道别人（威尔金斯）已经在做一项重要的研究时，你（克里克）便不会插足；而对于美国人（沃森）来说，这简直是不可思议的，他们不会因为一个充满希望的领域已经被人占山为王，而放弃对这一问题的研究。在这一点上，沃森一直坚持着对DNA结构的研究，尽管在1952年富兰克林已经“证明”DNA并不是螺旋结构，但是沃森一直保持着对于DNA结构最淳朴的好奇心，最终和克里克以及威尔金斯一起发现了这一奥秘。(www.daowen.com)

这场追逐DNA结构的竞争如火如荼，尤其是当来自美国的鲍林也参与竞赛之后。要弄清楚DNA结构，需要了解四点：主链是双螺旋的；磷酸盐骨架在外，碱基在内；两股反向平行；碱基按照规律配对。沃森、克里克在与鲍林的竞争中，以及对国王学院的威尔金斯及富兰克林的不断打探、合作与竞争中逐一破解了以上四个关键点。

沃森和克里克在研究进行到一半时，由于DNA样品含水量的错误数据，使得其搭建的DNA结构遇到了挫折。1952年初，鲍林根据衍射图结果发表了DNA双螺旋的结构，正当沃森与克里克灰心的时候，他们发现了鲍林的模型里的“磷酸基团没有离子化”，这使得其在核酸的化学解释上是有悖事实的。沃森还马上在卡文迪许实验室中找到化学家去证实鲍林的错误，而沃森与克里克，以及布拉格教授意识到，要在鲍林发现其错误之前构建出DNA的新模型。而在这时，伦敦实验室的威尔金斯也提出了三条链的螺旋假说，富兰克林得到了清晰的衍射图片，并不断地在A型（干的，含水量少）与B型（含水量高）结构之间摇摆。但是也正是富兰克林的B型结构的衍射照片使得沃森与克里克最终确定DNA结构的一个重要特征——双螺旋。1952年11月，MRC的兰德尔要求其资助的实验室所有的研究人员将其近期的研究情况写成一份综述提交上来，以便他为MRC的物理化学委员会提交研究进展的总报告，这份报告中包括富兰克林最新的研究结果——包括B型DNA的衍射图片。然而卡文迪许实验室主任佩鲁兹作为MRC委员会的成员得到了来自富兰克林的材料，并把它们转交给了沃森和克里克^[22]。也正是以此为依据（但是后面研究者们也强调，这份报告并不是保密的，并且这些资料在此后的几个月中都可以从文献的阅读中得到），沃森和克里克立即否定了此前威尔金斯提出的三条链条的假说，并认为“双对称结构必须和分子长度方向相垂直，暗示着复制是因为单分子内而不是晶体中相邻分子引起的。因此，链在分子中必然是成双的，而不是成三。一条主链往上跑，一条朝下跑”。（贾德森，2005）104DNA的双螺旋主链结构确定后，还需要一系列信息确定它的旋转角度、碱基关系、如何结合等问题。

克里克与沃森在得到威尔金斯关于链的高、直径及核苷酸数量等数据后，计算了链数，“34埃高的链上有10个核苷酸，就说明一个核苷酸到另一个核苷酸的旋转角度是36度。”（贾德森，2005）104同时，沃森解释了A型和B型之间纤维压缩过程中为何出现了核苷酸之间距离的变化，而富兰克林则没有看到这一点。他们的数据和假设也在不断指向鲍林的α螺旋的反方向，主链不可能在内，双螺旋主链在外是他们下一个主要的结论。很快沃森就把建造中的模型暂时放下，开始着手解决下一个问题，即如何安放四种碱基。他开始沉浸于关于碱基的文献，卡文迪许实验室深厚的研究传统让他关注到布鲁姆黑德（June Broomhead）^[23]鸟嘌呤与腺嘌呤配对的工作。更重要的是，卡文迪许实验室中正好有一位来自加州理工大学鲍林团队的物理化学家，他就是来访问的多诺霍（Jerry Donohue）^[24]。多诺霍否定了教科书上碱基配对的知识，他认为碱基倾向于酮基构型，这与沃森之前的知识完全相悖。但这一下子将困扰沃森很久的DNA中的氢键问题解决了。而克里克也赞成这一解释，因为这样一来克里克认为只要参照查盖夫比例（Erwin Chargaff）规则^[25]，即“A=T，G=C”，便可以使得两条主链中间的碱基通过配对分别向两个方向延伸，形成双螺旋结构。

沃森与克里克在剑桥器件商店预定了建造模型的金属部件，他们于1953年3月7日晚上完成了整个模型的构造。实验室的布拉格教授第一次看到模型时，他认为看到了一个带有生物含义的物理结构，这深深地激发了他对事物本身的兴趣。鲍林在得知对手的研究结果之后，很快便认可了这一结构的正确性。威尔金斯与富兰克林乘火车从伦敦来到剑桥，当富兰克林友好地表示这一结构的正确性时，沃森与克里克与他们之间的竞争也画上了句号。之后他们在《自然》杂志上发表了两篇短文，分别题为《核酸的分子结构》与《脱氧核糖核酸结构的遗传含义》（Watson et al.，1953），用最简明、清晰甚至有些傲慢的语言解释了生命的秘密。他们在第二篇文章的最后写道：“虽然有很多不确定的地方，但我们还是感到我们所提出的脱氧核糖核苷酸的结构能够帮助解决一个基本的生命科学问题——遗传复制所需要的模板的分子基础。”

图4-2　沃森与克里克在《自然》中发表的双螺旋结构图

“机会是给有准备的个人的，也是给有准备的集体的”，沃森在回忆录中描述，他在学院散步，博览不同领域的丛书，怡然自得地看着《泰晤士报》漫步走进实验室，而这里却也有着不见硝烟的战争，在卡文迪许实验室与伦敦国王学院之间，在英国的学界与美国的鲍林之间，甚至还包括富兰克林在法国潜心学习精密的衍射照相技术。如果要总结为什么沃森与克里克赢得了最后的竞争，那么一定是他们不断游走在晶体学家、生物物理学家、化学家、生物学家之间，尝试从多个角度去理解建造模型。而那些为富兰克林惋惜的人，或许并未看到她只凭借晶体学家的数学工具，要解决所有四个问题几乎是不可能的，或者需要花费很长的时间，而她也从未对核酸的结构规律做出归纳性的总结。在卡文迪许，不同力量会聚在某一点上，成就了沃森与克里克，以及威尔金斯的成功，也成就了此后60年，分子生物学的飞速发展。