生命编码背后的故事（卅一）
1952年5月1日，富兰克林在参加鲍林缺席的王家学会会议后回到实验室。她和高斯林一起按部就班地准备DNA纤维晶体，将仪器内部的湿度设定为75%以上，调整好X射线光源和照相机角度……这是富兰克林接手国王学院X射线衍射实验后的第51次摄影，早已驾轻就熟。一切就绪后，两人轮流值班守候仪器，让底片总共曝光62小时之久。在暗室里，高斯林终于看到一张异常清晰、规则的照片。
在那个高湿度下，DNA处于富兰克林命名的B型状态。这张照片因而有着鲜明的“X”图样。但十字交叉的不是两条模糊的粗线，其中也出现排列整齐、明暗相间的干涉条纹，比过去所见的单纯“X”丰富得多。
按照常规，富兰克林和高斯林测量、记录照片中亮点的尺寸和强度等数据，然后将其标注为“51号”归档。富兰克林一时间还不知道应该如何分析处理这些数据。与那之前的50张照片一样，她没有与威尔金斯或其他任何人分享。在那之后的大半年里，只有他们两人知道这张照片的存在。
剑桥大学毕业的富兰克林秉承着严谨的科学态度。她对克里克和沃森在没有可靠数据，甚至对基本概念都不甚了了的情况下随意构造DNA分子模型的做法极为反感，也对鲍林的大胆假设方法不以为然。恰恰相反，富兰克林坚持科学研究时必须摒弃任何主观、先验的假设，不带任何偏见地根据实际的测量数据小心求证，分析、推导出可信的结论。因此，在国王学院地下室的实验室里，她带着高斯林兢兢业业地在不同条件下拍摄DNA的X射线衍射照片以积累数据。
X射线衍射实验虽然已经有了近半个世纪的历史，在简单晶体结构中行之有效的布拉格定律之外还没有得心应手的数学工具。从实际的衍射图案数据出发推导晶体结构需要求解三维空间的傅立叶变换，在没有计算机辅助的时代是一项不可能的任务。一年前，富兰克林曾在斯德哥尔摩的一次会议上聆听在布拉格父亲的王家研究所实验室工作过的物理学家帕特森（Lindo Patterson）介绍他的一套简化数学方法，可以将衍射照片中的亮点分布还原成晶体的内部结构。那正是富兰克林最需要的工具。她回到国王学院后即一丝不苟地按照帕特森讲解的步骤将自己照片中的数据代入“帕特森函数”，试图还原DNA的分子结构。
在实际应用上，帕特森函数却是一个繁杂不堪的大杂烩。富兰克林那时不知道，卡文迪许实验室的佩鲁茨在分析血红蛋白结构时也曾试用帕特森的方法，终因不得要领而放弃。螺旋结构是这个领域的新生事物。克里克和斯托克斯分别从螺旋体出发推导出这个几何形状会导致的衍射图案。还没有人能够反其道而行之，从实际的衍射数据应用帕特森函数反演出螺旋结构。但与知难而退的佩鲁茨不同，富兰克林在遭遇重重困难时坚持不懈。她认准那才是唯一能破解DNA分子结构的可靠途径。
虽然大大地简化了傅立叶变换，帕特森的方法仍然要求有足够的输入数据。高湿度的B型DNA有着简单明了的“X”形衍射图案，却没有足够的数据支持缜密的帕特森函数计算。低湿度的A型DNA正相反，衍射照片上星星点点遍布全局。这样的图案很难直观地猜测其背后的晶体结构，却恰恰更适合于帕特森函数的应用。富兰克林不愿意像克里克、威尔金斯他们那样先验地假设B型DNA有着螺旋结构而走捷径。所以她决定全力以赴于更容易分析的A型，而把B型DNA——包括那张刚刚获得的“51号”照片——暂时束之高阁。
克里克在卡文迪许实验室专注蛋白质时也没有停止在脑子里继续思考DNA。不再能搭建具体的分子模型后，克里克反而有机会琢磨更为基本的问题：什么样的分子结构才能保证生命信息的精确复制。
一个多世纪以前，布朗等生物学家在显微镜下观察到细胞的分裂：一个细胞突然变成完全相同的两个，仿佛背后有某种复印机在操作。弗莱明还看到细胞的复制不只是表面功夫，即使是细胞核内的染色体也都一根根地被拷贝。当摩尔根和他的小伙伴们证明染色体是遗传信息的携带者后，生命延续、遗传的过程昭然若揭。不计极为偶然的随机突变，复制出的染色体都精确、完整地继承原初版本储存的生命信息。细胞因而在无以计数的有丝分裂新陈代谢中保持着生物体的始终如一，并在缔造后代的减数分裂时将同样的基因代代相传。
与布朗同时期，美国艺术家莫尔斯（Samuel Morse）发明电报技术，用一短一长的两个电脉冲信号作为“莫尔斯电码”（Morse code）实现远程通讯。无论什么语言，需要传递的信息都可以编写成一长串短长相间的莫尔斯电码，记录在收发电报用的纸带上。在摩尔根的学生斯图尔特文眼里，果蝇的染色体其实也远比原始的结绳记事精致，更像莫尔斯的纸带。一个个基因记录在染色体中各自的位置上，犹如电报文中的字、词、句子。当然，摩尔根和斯图尔特文无法在显微镜下具体地观察到这些信息是如何书写的。
德尔布吕克根据穆勒的X射线导致果蝇基因突变实验指出基因信息的“莫尔斯电码”就算分子的构成和排列。这个分子尺度的基因编码观念因为薛定谔《生命是什么？》的推介而广为人知，激励年轻的物理学家威尔金斯和克里克以及喜欢观鸟的沃森进入分子生物学，探索这一生命的神奇。
染色体由蛋白质和核酸组成。蛋白质肽链中有20多种氨基酸分子。核酸长链中也有四种不同的碱基分子。它们都可以充当莫尔斯电码中的短、长电脉冲——或者现代计算机中的“0”和“1”——的角色，以特定的排列顺序编码生命信息。若果真如此，这样的排列必须在细胞分裂时能自我复制，在新的蛋白质或核酸分子中形成完全相同的排列顺序，完成生命信息的拷贝。
然而，无论是蛋白质的α螺旋和β折叠，还是克里克和沃森拼凑出的DNA三螺旋，这些结构都过于紧密复杂，无法方便简捷地复制出同样顺序的氨基酸或碱基编码。它们作为生命信息的承载者显然不合格。
克里克于是设想真实DNA中的碱基分子也许会两两成对，以不那么牢固的氢键相连。这样的结构既具备稳定性，又可以很容易地拆开，分离成两个完全相同的拷贝。为了在不招惹布拉格的前提下求证这个大胆的假设，克里克求助于朋友格里菲斯（John Griffith）。
格里菲斯是那个20多年前研究肺炎，发现不同类型的球菌可以互相转化的卫生部雇员的侄子。他那个终身未娶没有子嗣，自己也默默无闻的叔叔在第二次世界大战的德军轰炸中丧生，没能知道其中的转化因子就是DNA。侄子格里菲斯这时23岁，正在剑桥攻读化学博士学位，已经会用量子力学计算化学键。克里克让他模仿鲍林，寻找碱基分子之间形成氢键的可能性。
科赛尔在19世纪末分析出核酸中的几种嘧啶和嘌呤都是类似于苯环的平面型分子（见《十一：分子结构》中的碱基分子结构图）。鲍林在1930年代研究化学键的本质时也通过量子力学的计算证实这样的几何形状。年轻的格里菲斯照葫芦画瓢，经过估算发现两个相同的碱基并不会如克里克预期地相互吸引。倒是当不同的碱基分子像桌面上两枚硬币那样在同一个平面上靠近时有可能形成氢键。比如腺嘌呤（A）和胸腺嘧啶（T）之间、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）之间就可以如此相互吸引。
克里克没有失望。基因编码的复制并不一定要通过相同分子的彼此分离。如果碱基的组合中总是A与T、G与C相连，它们同样可以构成容易复制的编码。细胞分裂时，A和T、G和C彼此分离，各自再找到新的T或A、C或G结合，也能还原出与原来的分子无异的两个拷贝。
十多年前，鲍林为回应物理学家约旦在“一把钥匙开一把锁”生物学现象中的“一派胡言”时曾提出这样的“互补”机制：蛋白质之间的特异性不是因为它们是相同的分子，而是它们的形状正好相配，能够合体地以氢键连接。在那篇与德尔布吕克共同发表的短文中，他们推测有机大分子可以通过这样的互补机制自我复制。后来，鲍林在1948年访问英国时的一次讲座中又明确提出基因的复制也可能出自同理。克里克觉得格里菲斯的结果正是鲍林思想的体现。生命编码的每一个码值都是两个分子的组合。只是那两个分子并非雷同，而是像A与T、G与C那样“互补”的成对碱基。
正在那个时刻，克里克与研究碱基的查戈夫不期而遇。1947年底，查戈夫曾与鲍林在横渡大西洋的邮轮上邂逅却没能搭上话。四年半之后，越洋飞机已经取代邮轮。查戈夫不再有那样的机会。他是在去法国参加生物化学大会时顺道访问英国，而鲍林正因护照风波成为那次会议的名誉主席。安德鲁瞒着布拉格安排查戈夫与克里克和沃森见面，告诉查戈夫这两位青年的志向是破解DNA分子结构。不料，人到中年的查戈夫一见到两位年轻人就很不顺眼，尤其对沃森已经留起的长发和带上的英国口语冷嘲热讽。当克里克提起格里菲斯的发现时，查戈夫大声诘问两人是否读过他那篇关于DNA中碱基成分比例的论文。得到否定答案后，他不再愿意与这两位不知天高地厚，对碱基化学性质几乎一无所知却要解开DNA难题的疯狂青年浪费时间。他们不欢而散。
克里克没有介意查戈夫傲气凌人的姿态。他随后找格里菲斯核对。碱基的互补配对的确正好与查戈夫早已发现的“A = T；C = G”定律相映成趣，绝非偶然。但格里菲斯对自己的粗略计算没有信心，那时也正专心与女生调情无暇他顾。克里克只好自己偷偷地做实验，试图实际观察到那两对碱基分子之间的吸引作用。他和沃森都相信这是破解DNA分子结构的一个关键线索。只是这个线索会引向何方——碱基如何在DNA中配对编码——却依然茫无头绪。
沃森却在那个夏天之后对DNA完全失去兴趣。
在布拉格的禁令之下，沃森不再能整天与克里克神侃。他也走进实验室，操作起他从未涉猎过的X射线衍射实验。借助卡文迪许实验室的最新设备，他顺利地拍摄出烟草花叶病毒的衍射照片，看到其中也有着表征螺旋结构的“X”形状。但对他来说，更重要的是对布拉格以及资助他的基金会有了交代。随着对X射线衍射实验有了切身体验，沃森也清醒地意识到通过拍摄照片解析病毒分子结构还需要好几年的努力。那不是他能在卡文迪许实验室完成的课题。况且，烟草花叶病毒与噬菌体不同。它们的蛋白质外壳中包裹的并不是DNA，而是RNA。这也让沃森兴趣索然。
那个夏天，沃森在欧洲大陆旅行度假，间或参加一些学术会议。莱德伯格几年前发现的“细菌性生活”正在微生物小圈子里成为热门话题。刺激年轻沃森的不只是其中的“性”，更在于21岁时即做出这一重大发现的莱德伯格只比他大三岁，却已名扬天下。这让从小以神童著称的沃森很不服气。他在会议上耳闻目睹莱德伯格的英气风发，只是想着自己如何才能更胜一筹。于是，他放弃烟草花叶病毒，也置DNA于不顾，一头扎进细菌的性生活。
莱德伯格提出细菌与豌豆、果蝇等宏观生物大同小异，也分雄性与雌性。它们结合时各自贡献染色体——完整的一套基因——组成下一代细菌的基因。自然地，沃森更接受与之相对的看法，认为细菌不过是通过某种接触渠道交换了很少量的DNA。回到英国，沃森全身心地阅读莱德伯格的所有论文，频频去伦敦与那里的微生物学家合作实验，试图在莱德伯格的后院异军突起。
克里克眼睁睁地看着沃森移情别恋，只能摇头叹息。
在巴黎，查戈夫既没有机会与那次会议的大明星鲍林再次接触，也找不到关心查戈夫定律的知音。但不为人所知，他早已与英国的威尔金斯合作良久。为了避免不必要的惹是生非，威尔金斯要求他保守秘密。相比于稳重而经验丰富的威尔金斯，查戈夫当然对克里克和沃森不屑一顾。
克里克和沃森捅出大篓子后，肯德鲁曾私下邀请威尔金斯跳槽到卡文迪许实验室，光明正大地与那两位“其实非常聪明”的年轻人合作。身心俱疲且胆小怕事的威尔金斯没敢接受。在国王学院，他至少还可以对兰德尔阳奉阴违，继续研究DNA。不久，他和兰德尔相继收到鲍林索取DNA照片、数据的来信，形势大变。刚刚平息卡文迪许实验室风波的他们都不愿意看到大洋彼岸冒出更强有力的竞争者。面对这一严峻挑战，兰德尔终于改变态度，不再把赌注全部押在剑桥毕业的富兰克林身上。他默许威尔金斯重新开启DNA的X射线衍射实验，期盼这位过去的学生能给他带来惊喜。
威尔金斯只好又一次白手起家从头开始。他购置X射线仪器、设计制作照相镜头，却苦于不再有当初一时冲动下全盘交给富兰克林的DNA样品。无论是自己从鱼类精子中提取的还是查戈夫远隔重洋送来的都比不上西格尔当年那批样品的质量，拍摄出的照片差强人意。与富兰克林截然相反，威尔金斯不仅假设、而且认定DNA有着螺旋结构。他需要的是更清晰的照片，以获取更为具体的结构参数。
当富兰克林和高斯林拍摄他们的第51张照片时，威尔金斯正在欧洲边度假边讲学。他特地前往瑞士拜访西格尔，却发现西格尔早已金盘洗手，不再有可提供的DNA样品。但他更大的失望却是相处几年的女朋友与他分手，又一次陷入形单影只的人生低潮。
富兰克林的日子也不好过。虽然在与威尔金斯的内斗中大获全胜，她仍然不觉得国王学院有她的容身之地。在给朋友的信中，富兰克林抱怨这里的同事学术水平低下，学生们也缺乏天赋。除了忠实地跟随着她做实验的高斯林，她几乎从来不与任何人谈论自己的工作进展。
那次乘船去斯德哥尔摩开会途中，富兰克林曾经与霍奇金同舱。霍奇金比富兰克林大整整10岁，已经在蛋白质的X射线衍射实验中成绩斐然。作为同是剑桥出身，又都在同一领域摸爬滚打的女性，她们可谓志同道合。后来在牛津大学一次会面时，霍奇金对富兰克林展示的照片十分钦佩，但也当场一针见血地指出她数据分析中的明显漏洞。与克里克和沃森习惯互相之间针尖对麦芒相反，富兰克林表现得更像心理脆弱的威尔金斯。她不再找霍奇金请教、讨论，失去一位也许极有价值的良师益友。
在那之后，富兰克林更是陷入彻底的孤立。她一边不屈不饶地计算着帕特森函数，一边也在寻找离开国王学院的机会。曾经最令她心情愉快的巴黎研究所没有资金无能为力，但曾经拒绝过她的伯纳尔终于敞开了大门。被迫离开剑桥以后，伯纳尔栖身于一所主要为在职员工开办夜校的小学院。这个在学术上不值一提的地方倒正好符合他的共产主义理念，为社会中下层工人阶级服务。富兰克林知道那里的科研条件远远不如国王学院。但她还算满怀期望，希冀那里自愿利用业余时间来进修的学生反而会更富有求学热情。
当富兰克林宣布这一决定时，与她最接近的高斯林可能是国王学院里唯一表示伤感的异数。威尔金斯大喜过望，顿觉人生有了转机。兰德尔暗自庆幸研究所内部不可调和的矛盾终于得到自然的解决。他允诺富兰克林在离开之前可以继续她的科研和论文撰写工作，但明确实验室中所有仪器设备、样品和拍摄的照片等等——包括研究生高斯林——都属于国王学院所有。富兰克林应该逐步将这一切转交给威尔金斯。
秋季开学时，克里克和沃森不再能独享他们那间小办公室。佩鲁茨和肯德鲁的血红蛋白项目还在扩张，小房间里又被塞进三个人。其中两位来自美国的加州理工学院，都是鲍林的嫡系。其一就是鲍林已经21岁的二儿子彼特。为了博取父亲的好感，彼特大学时选择物理专业，在加州理工学院毕业后来这里跟随肯德鲁攻读博士学位。另一位则是鲍林的学生多诺霍（Jerry Donohue）。他已经32岁，五年前在鲍林指导下获得博士学位后一直留在加州理工学院继续研究各种分子结构和化学键。因为获得一项资助，他来剑桥短期访学。
办公司里早已不再有克里克和沃森没完没了的争论。他们与新来的同伴在略显拥挤的屋子里相处融洽，经常在闲暇时谈论年轻人热衷的话题。彼特和多诺霍与鲍林保持着频繁的通信，随时汇报在异国他乡的生活见闻和学术环境。克里克和沃森便也近水楼台，可以顺便得知鲍林那边的动向。无意中，卡文迪许实验室和加州理工学院这两个在蛋白质分子结构上傲视全球的研究机构之间有了一条别具一格、借助亲情和师生关系建立的热线联络。
1952年转眼就结束了。在这个平安无事的年底，富兰克林还在国王学院对付帕特森函数，希望能在离去之前破解DNA结构之谜。隔壁的威尔金斯正虎视眈眈，只等她前脚出门便可以重新接手大展宏图。在卡文迪许实验室，克里克规规矩矩地撰写着毕业论文。沃森也老老实实地忙于他的细菌性生活。布拉格终于不再需要整天为这两位刺儿头操心。但他也在等待着。一旦克里克博士毕业，他就可以彻底摆脱那个恼人的大嗓门，重享持久的安宁清净。
就是在那个波澜不惊的新年，克里克的噩梦突然成为现实。彼特收到父亲来信，告知他已经发现DNA的分子结构。消息如惊雷在那间小办公室里炸响。鲍林在信中只是随口提及，没有提供任何信息。这让克里克如同热锅上的蚂蚁，在小屋子里来回不停踱步。尽管绞尽脑汁，他还是没能想象出鲍林如何实现这一突破。
鲍林还在信中问儿子是否想要一份论文的预印本先睹为快。对DNA、基因一无所知的彼特看到他的新室友如此着迷便回信索取。在接下来的漫长等待中，沃森还是频频去伦敦做细菌实验。但他的目的早已不是与莱德伯格较劲。与DNA分子结构相比，细菌的性生活不过只是一个排遣内心焦躁的途径。
当彼特终于带着鲍林的邮件来到办公室时，沃森一跃而起，不顾英式礼节地直接从彼特的大衣口袋里搜出论文预印本。他来不及阅读内容，直接查看文后所附的DNA结构图。不一会儿，他惊叫连连不能自已。鲍林的这个模型实在难以置信。
那是一个三螺旋，与他们整整一年前那次愚蠢的尝试如出一辙。不同的是鲍林没有生造出带正电的金属离子为带负电的磷酸“搭桥”。他直接让磷酸与氢离子结合，而这些额外的氢又互相之间形成氢键，将三条磷酸链粘结在一起。与一年前的富兰克林同样，沃森一眼就看出其荒唐之处。
鲍林设计的氢键不可能有足够的强度维系这个三螺旋的稳定，整个分子结构注定会分崩离析。但更离谱的是他用氢离子中和磷酸所带的负电荷后，这个化合物不再具备酸性——鲍林的脱氧核糖核酸压根就不是酸。
这是非常低级的错误。显然，国际著名的化学大师也会急功近利。鲍林只顾大胆假设，完全没有顾及小心求证。
克里克和沃森的心里又重新燃起希望。
（待续）