Behind The Discovery of Double Helix

稍微對分子生物學有所了解的人，一定聽過 James Watson，Francis Crick 和他們的 double helix。對可憐的 Rosalind Franklin 和她那有名的 Photograph 51，及把 Photograph 51 拿給 Watson 看而變得裡外不是人的 Maurice Wilkins 大概也略知一二。這幾個人之間的恩怨情愁最近又被大家提起，因為有人從 Sydney Brenner (他和 Crick 曾共用一間辦公室) 捐贈給 Cold Spring Harbor 的文件中發現一些當時 Crick 和 Wilkins 寫給對方的信件，還把這些信的內容刊在 Nature 上，大家無聊的話可以去看看，還蠻八卦的，不過沒有揭出更多的新內幕就是了。

這則 Blog 不是要講這四人的故事，有興趣的人可以自行去 Google 一下這四個人的名字。我在看了那篇 Nature 的文章後，一時興起，把當初 Watson & Crick 在 1953 年發表的 “Molecular Structure Of Nucleic Acids (核酸的分子結構)” 翻出來溫息了一下，之後又無意中讀到 Watson 在諾貝爾頒獎典禮上的演講稿，有些科學上的瑣事想跟大家聊聊。

首先是那篇 1953 年的論文。這篇論文大概是分子生物學最重要的一篇文章，可是卻只有一頁文字加一張圖，還是張手繪圖。有讀過現在生物學論文的人都知道，大部分的文章都又臭又長，圖片也是又多又複雜，搞到大家想投稿論文還要先算算自己有幾張圖，不到六張還不敢投，硬要多做幾個小實驗來充數。這樣的迷思，不僅讓寫的人痛苦，也增加讀的人的負擔，實在沒必要。實驗結果能夠清楚證明你的觀點最重要，就算只有一張圖也無所謂，Watson & Crick 不也都拿到諾貝爾獎了嗎。

當然，諾貝爾獎也不是亂發的，DNA 的結構實在太重要了，因為 DNA 的結構中，隱藏著的對生物學上許多重要問題的暗示。 Watson & Crick 似乎比當時的其他人更早體認到這一點，或許也因為這樣，他們比其他人更極積，才能夠搶在大家之前把 DNA 的結構解開。他們在 1953 年那篇論文的最後寫到 “It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.” 每次唸到這段文字就覺得很有趣，從字裡行間彷彿能夠感受到孩童收到新玩具時的那種興奮，現在已經沒有人用這種方式寫學術論文了。我常在想，Watson & Crick 為何能夠這麼肯定解開 DNA 結構會是個突破性的進展，而這樣專心一意、又充滿熱情地去進行研究。是否因為他們真的比較聰明？

在我求學的過程中，三不五時都會聽到前輩們說，做研究最困難的就是問個重要、但又能夠解決的問題。如果能夠了解當初 Watson & Crick 選擇問題的邏輯，或許能讓我在尋找重要科學問題時有所依據。很幸運的，無意中讀到的 Watson 諾貝爾演獎稿，清楚地描途了當時他和 Crick 追尋 DNA 結構的心路歷程。

Watson 剛到 Cavendish Lab 時的研究題目是 “肌蛋白 (myoglobin ) 的構結”，但他很快就對 myoglobin 失去興趣。他在演講中是這麼說的： “ ... 即使沒有 Francis (Crick)，我應該也會很快地對 myoglobin 失去興趣，但有了 Francis 做為聊天的對象，我的命運就被決定了 (my fate was sealed)...” 這說明了有個在科學上志同道合而且聰明的朋友的重要性，但這真的是可遇而不可求。

Watson & Crick 剛初對於 DNA 結構的想法是這樣的：“我們很快就發現我們在科學上的想法是一致的。在生物學中心的是基因，它控制著細胞中的新成代謝，而當時生物學上最大的問題是，基因如何進行複製，以及它如何控制蛋白質的形成。很明顯的，這些問題唯有在我們知道基因的結構後，才能有邏輯地進行研究。因此我們必須解開 DNA 結構 (The center of biology was the gene and its control of cellular metabolism. The main challenge in biology was to understand gene replication and the way in which genes control protein synthesis. It was obvious that these problems could be logically attacked only when the structure of the gene became known. This meant solving the structure of DNA)”。

這樣的想法乍看之下很直接，可是重點在這一句：”It was obvious that these problems could be logically attacked only when the structure of the gene became know.” 這…真的有很明顯嗎？他們怎能如此肯定，看了 DNA 的結構後，能夠讓他們找到研究基因複製和蛋白合成的方法？至少我無法有這樣的信心，在我看來，解 DNA 結構只是方法之一，不見得是唯一的方法。所以當我讀到這裡時，心想，慘了，沒機會了，此生對了解重要的生物學問題無望矣。不過當我繼續往下讀後，發現其實在 Watson & Crick 的內心深處也有著跟我相同的隱憂。Watson 說：”當我們悲觀的時候，我們常常擔心，DNA 的真正結構或許很無趣，根本不能告訴我們任何我們想知道的答案，就像那無聊的膠原蛋白結構一樣 (In pessimistic moods, we often worried that the correct structure might be dull. That is, it would suggest absolutely nothing and excite us no more than something inert like collage)”。顯然，在我們所認為的天才的心中，也不是對他們所選擇的道路有著絕對的信心。重點或許是，我們應該要仔細選擇，並且清楚了解自己選擇的理由，然後樂觀地做下去，最後就讓命運去決定一切了。

Watson & Crick 當時確實選擇了一個重要的大方向 (基因如何複製、如何控制蛋白質的形成)，但他們並不能確定自己深思熟慮後所選的小問題 (解開 DNA 結構) 是不是真的是個好問題，不過至少他們選了一個他們認為可以被解決的問題。這或許是他們真正過人之處。Watson 是這麼說的：”(解 DNA 結構)這件事, 當然雖然有些遺傳學家們有興趣，但他們似乎覺得太過困難。然而，在我們寒冷、黑暗的 Cavendish lab 中，我們卻認為這是可以被達成的，而且可能只要花幾個月的時間 (Then this objective seemed out of reach to the interested geneticists. But in our cold, dark Cavendish lab, we thought the job could be done, quite possibly within a few months)”。他們之所以如此樂觀，是因為二個理由：1. 偉大的 Linus Pauling，不久前用他發展出來的化學鍵理論解開了蛋白質 α-helix 的結構。2. 聽說 Rosalind Franklin 和 Maurice Wilkins 有 DNA 的 X-ray 照片，表示 DNA 應該是個穩定的化學結構。套句 Watson 的話，DNA 的結構在他們看來是 “an answer for somebody to get”。

到這裡，事情已經明朗了。還是那句老話，科學的突破來自於不同領域之間的交集，而唯有思想開放、不畫地自限者才能找到交集之處。在 Watson & Crick 的時代有許多優秀的遺傳學家，但可能都被自己領域中行之有年的研究方法給限制住了，不像當時年輕沒有包袱的 Watson & Crick，能夠很快地接受別領域的知識，並利用那些知識來解決遺傳學上的問題。

不知不覺好像寫得太多了。但希望有看完的人能夠跟我一樣，從 Watson & Crick 的故事中，學習到或重新印證了一些做科學的方法。也祝大家都能夠早日找到屬於自己的，重要而且能夠解決的科學問題。

----