6. 一个不为人知的科学家詹姆斯沃森和DNA双螺旋结构的故事
在我们探索未知的历史故事时,有一个不为人知的科学家和他的突破性发现值得一提——詹姆斯·沃森与DNA双螺旋结构的故事。这个发现不仅改变了我们对生命本质的理解,也开启了现代生物学的一个新时代。
詹姆斯·沃森,英国化学家、生物物理学家,以其对DNA分子的研究而闻名于世。他与弗朗西斯·克里克(Francis Crick)一起揭示了DNA双螺旋结构,这一发现被认为是20世纪最伟大的科学成就之一。
在1950年代初期,人们尚不知晓基因如何存储遗传信息。随着X射线衍射技术的发展,沃森和他的同事们开始研究蛋白质晶体,以寻找遗传物质可能存在于它们中的线性序列。这项工作涉及到将蛋白质溶解后重新结晶,然后用X射线光束打击这些晶体,以观察其内部构造。
1953年的一天,在伦敦皇家研究所工作时,沃森意外地接触到了罗莎琳·富兰克林(Rosalind Franklin)的数据。在分析她的X射线衍射图像后,他意识到她所提供的一条重要数据可以帮助他解决一个长时间困扰他的问题:如何确定碱基配对规则。
利用这条数据,沃森通过几何模型尝试找到合适的碱基配对模式。他还借助于自己的直觉和创造力来推断出氮基酸链之间连接方式,并最终成功地设计出了一种能够形成复杂三维结构并包含所有必要组件以表达遗传信息的双螺旋模型。此时,他已经基本上知道了碱基四种类型——腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)的特定配对规则,即A-T和G-C。
然而,这只是一个理论上的大胆假设,而非实验验证。为了证明这一点,他们需要进一步证实这些碱基确实以这种方式排列,并且相互间存在稳定的化学键。这一点他们通过使用酶切片法来测试不同部分是否能正确识别并结合起来进行验证。当他们得到正面的结果时,他们相信自己已经揭示了生命机制中至关重要的一环,但仍需进一步确认。
要确信这一点,他们决定使用更高级的手段——电离阈值分析。在这项实验中,将RNA分子加热至温度使其脱水化,从而释放出单个核苷酸单位。一旦每个单位被检测出来,它们会根据它们发出的电荷水平分类。如果按照预测,每个核苷酸都有两个相同高度电荷峰,那么他们就能证明每个核苷酸都是由两股反向转录RNA编码生成。但当他们收集到的数据显示只有三个电荷峰出现,而且只有其中两个是等价性的,则意味着只有一种特殊类型的小分子参与反应,而不是所有不同的核糖多聚酯类似物。而唯一符合条件的是磷酸盐脲胺硫醇二磷酸铵,它经常与其他小分子结合在一起,如尿素、硫氨或亚硫氢气体等,这些小分子通常作为尿路感染患者排泄物产生,因此称为“尿液”。
基于这些证据,他们得出了结论:DNA是一种由两条交叉相连且互补顺序编码单链构成的大型生物分子;这种编码顺序由五联烯肽类原料组成,其中一些具有特定功能,如启动密码区或读框;此外,还有许多不可见区域似乎只用于控制翻译过程中的起始事件。最后,由于这些可视区域从未曾看到过任何细胞内共享相同功能,因此推断出它必须是一个新的遗传元素形式,即“激活”调节部位,它可能导致某些细胞产生一种刺激生长促进剂或抑制者,我们现在称之为生长因子,而另一方面,一些显著减少生长因子的数量也应该产生抑制剂,因为它阻止植物发生无花果落叶增殖循环,从而导致植物退化死亡,其主要原因是因为缺乏足够数量必需营养素如钾、镁、铁以及其他微量元素。
由于这个原因,当你阅读这篇文章,你可能觉得你了解了很多关于人类历史上的秘密知识,但是实际上这是非常新近的事实,而且已成为医学界广泛接受的事实。所以尽管我们讨论的是过去的事情,但我们的知识依然是在不断变化之中,就像詹姆斯·沃森那样的科学探索一样,不断揭开生命奥秘的大门,为我们提供更多关于不知道但又很有趣的事实历史故事。