失敗的刺激

勃布·古爾德斯坦因

我認(rèn)識(shí)一位女科學(xué)家，她只要眼睛睜著就在做實(shí)驗(yàn)，可以幾個(gè)星期不間斷。如果重大發(fā)現(xiàn)在即，她會(huì)變得更癡迷。在這種情況下，請(qǐng)你想想看，如果沒(méi)能爭(zhēng)得第一，被別人搶了先，那是什么滋味兒：幾個(gè)月甚至幾年的工作會(huì)變成完全多余，沒(méi)有價(jià)值。

我當(dāng)科學(xué)家25年，雖然在重大發(fā)現(xiàn)上沒(méi)有落在別人后面，但是對(duì)這個(gè)現(xiàn)象非常感興趣：一個(gè)令你著迷的問(wèn)題有了答案固然會(huì)讓你興奮，可是有人先你一步公布答案又會(huì)把你氣死。

有這樣一個(gè)著名的案例，即1961年對(duì)基因代碼DNA語(yǔ)言的解讀。20世紀(jì)最輝煌的兩位遺傳學(xué)家西德尼·布倫納和弗朗西斯·克里克從1953年就開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題，但在1961年，一個(gè)不大有人認(rèn)識(shí)的美國(guó)生化學(xué)家先發(fā)制人，搶先公布了他的研究成果。

2010年，檔案管理員公布了布倫納的信件和實(shí)驗(yàn)筆記，里面還夾著克里克丟失的論文。從這些信件和當(dāng)時(shí)他們的舉動(dòng)中，我敢說(shuō)自己看到了他們對(duì)這一劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)被搶先公布做出的反應(yīng)：他們非常激動(dòng)。

或者至少看上去如此。我去找過(guò)布倫納，問(wèn)過(guò)他。

想找到布倫納可不容易。他在新加坡、日本的沖繩、美國(guó)的弗吉尼亞和加利福尼亞都有實(shí)驗(yàn)室，而且還經(jīng)常旅行。我在圣地亞哥找到他的一位管理助手，終于聯(lián)系到他。還算幸運(yùn)，十來(lái)天后我們都要在英格蘭停留一天。

我找到他家，門(mén)廊很矮，我得彎腰低頭才能進(jìn)去。布倫納已88歲高齡，是唯一在世的分子生物學(xué)奠基人。他有著濃濃的眉毛，笑起來(lái)就像圣誕老人。因?yàn)槟晔乱迅?，他的行?dòng)比較遲緩，但是他的思維很敏捷。我很高興能夠再次拜讀他于20世紀(jì)五六十年代發(fā)表的研究文章，以便聽(tīng)懂他說(shuō)的內(nèi)容。

我們坐在一間很小但明亮的屋子里，里面到處都是物。布倫納的腳敲擊著地面，開(kāi)始跟我講他最初解碼的事。典型的蛋白質(zhì)由幾百個(gè)氨基酸組成，相互之間的連接就像一串珠子：珠子有20多種，有些相互緊挨著，有些貼著水，因此每一串珠子在水中自然折疊成一種形狀，構(gòu)成生命機(jī)器的零件。有些蛋白質(zhì)看上去像一根根細(xì)小的棒子和杠桿，它們工作起來(lái)也像棒子、杠桿以及相互咬合的磚塊和齒輪。

布倫納告訴我，在20世紀(jì)50年代以前，許多科學(xué)家認(rèn)為“蛋白質(zhì)是模糊的聚合物”，只不過(guò)是不同形狀的珠子，不斷重復(fù)，沒(méi)有確定的序列。但是到了1953年，人們發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)有確定的序列，DNA似乎是一種密碼，由A、T、G、C四個(gè)字母組成，DNA里的每個(gè)基因似乎是正確組合蛋白質(zhì)的一組指令。因此，出現(xiàn)了一個(gè)很重要的問(wèn)題：它們是怎么組合起來(lái)的？

DNA編碼的這4個(gè)字母顯然不是每個(gè)字母只代表一種氨基酸，因?yàn)槟菢拥脑?，編碼不會(huì)超過(guò)4個(gè)，而實(shí)際上有20個(gè);如果是兩個(gè)一組，即AT、AG、AC、TA等，就有16種組合，也不夠;如果是三個(gè)字母一組，就會(huì)有64種組合，又多于20種。因此，DNA里最小的詞可能是三個(gè)字母，但也有可能是四個(gè)或更多。

現(xiàn)在，讓我們看一下胰島素這個(gè)蛋白質(zhì)的編碼有多復(fù)雜。我們知道胰島素的DNA序列是這個(gè)樣子的：

即使是現(xiàn)在，解讀DNA到蛋白質(zhì)的編碼仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。而在1953年，盡管沒(méi)有人知道這個(gè)DNA序列，還是在努力嘗試破解這個(gè)密碼。理論物理學(xué)家喬治·伽莫夫提出，每個(gè)氨基酸珠子可能正好被卡在DNA雙螺旋之間鉆石形狀的空間內(nèi)。他認(rèn)為DNA可能是一種按照正確順序串珠的物理模板，就像一排栓孔一樣，可以插入不同形狀的釘子，而且DNA的4個(gè)字母正好圈定20個(gè)這樣的孔。

布倫納和克里克都沒(méi)有想到伽莫夫的編碼行得通，“因?yàn)槭紫人窃陔p向解讀，可是DNA只有一個(gè)方向，這一點(diǎn)伽莫夫或是忽略了或是不理解”。到了1956年9月，布倫納發(fā)現(xiàn)伽莫夫的編碼使得有些氨基酸不能毗鄰，因此不可能正確。

伽莫夫的編碼雖然不正確，但他的想法啟發(fā)了布倫納和克里克。伽莫夫思考問(wèn)題的方式就像個(gè)密碼員，他想的是信息和代碼，這對(duì)當(dāng)時(shí)的生命科學(xué)家來(lái)說(shuō)是新玩意兒。布倫納說(shuō)：“當(dāng)時(shí)研究蛋白質(zhì)的數(shù)百位生化學(xué)家都只對(duì)一個(gè)問(wèn)題感興趣，即肽鍵的能量是從哪里獲得的?！辈紓惣{和克里克受到伽莫夫的啟發(fā)，開(kāi)始按照信息傳送的方式來(lái)思考。

這個(gè)思路引出一些聰明的想法。1957年2月，克里克提出“我們體內(nèi)解讀DNA的機(jī)器可能知道DNA序列中的每個(gè)詞在哪里結(jié)束，下一個(gè)詞從哪里開(kāi)始”的觀點(diǎn)，比如“Theboyatepieandham”這類由三聯(lián)字母的單詞組成的句子，即使沒(méi)有間隔或標(biāo)點(diǎn)符號(hào)我們也能解讀，其原因不只是它包含有意義的單詞，還因?yàn)槿绻覀兊钠瘘c(diǎn)不對(duì)，就沒(méi)有哪三個(gè)字母能組成有意義的單詞?？死锟颂岢?，在DNA編碼里可能也存在特殊意義的單詞，就是它們規(guī)定了生產(chǎn)蛋白質(zhì)的機(jī)器的讀碼框架。

1958年，布倫納看到了一位同事對(duì)DNA病毒的研究結(jié)果，茅塞頓開(kāi)，猜測(cè)一種被稱為原黃素的氮蒽色素可能引起DNA中單個(gè)字母的增刪，這樣就可以從框架中讀出DNA來(lái)。他與克里克一起開(kāi)始在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)DNA病毒。如果DNA病毒中的蛋白質(zhì)正常而且DNA中的變化未能使產(chǎn)生的蛋白質(zhì)失去性能，它們就會(huì)感染細(xì)菌，在菌苔上留下典型大小的孔洞。布倫納告訴我：“能從這些孔洞來(lái)預(yù)測(cè)DNA內(nèi)部的結(jié)構(gòu)情況，簡(jiǎn)直太不可思議了?！?/p>

布倫納和克里克組合了突變體，結(jié)果發(fā)現(xiàn)誘發(fā)染色的突變體多數(shù)會(huì)受到其他誘發(fā)染色的突變體的抑制。他們推測(cè)，該染色有時(shí)會(huì)增刪一個(gè)字母，他們把這樣的變化稱為“+”和“-”。“+”和“-”的結(jié)合常常使病毒恢復(fù)正常，就像通過(guò)在同一序列中得到或失去一個(gè)字母從而恢復(fù)正常的讀碼框架一樣;而“+”與“+”、“-”與“-”的結(jié)合絕對(duì)不會(huì)那樣。

這些結(jié)果是有意義的。如果他們的理論正確，那么布倫納和克里克就步入了通向最終解碼的正確軌道。經(jīng)過(guò)8年的努力，雖然他們?nèi)詿o(wú)法解讀DNA中的單個(gè)字母，但似乎至少能夠通過(guò)可預(yù)見(jiàn)的方式改變字母。布倫納夜以繼日地工作，克里克雖然很少做實(shí)驗(yàn)，但也為此絞盡腦汁。

然后，令人意想不到的事發(fā)生了。

1961年8月，5000多位科學(xué)家齊聚莫斯科，參加一個(gè)為期5天的生物化學(xué)國(guó)際研討會(huì)。會(huì)議進(jìn)行2天后，克里克的一位名叫馬特·梅塞爾森的朋友告訴他一個(gè)消息：基因碼的第一個(gè)詞（密碼子）被別人解開(kāi)了。美國(guó)生化學(xué)家馬歇爾·尼倫伯格提交了報(bào)告，說(shuō)他把單個(gè)重復(fù)的字母置于制造蛋白質(zhì)的體系中時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)由該氨基酸的某個(gè)重復(fù)單位組成的蛋白質(zhì)。首個(gè)密碼子被解決，而且在不久后，尼倫伯格的方法會(huì)解開(kāi)整個(gè)編碼。

我總喜歡想象如果我是克里克會(huì)怎么辦。尼倫伯格是受好奇心驅(qū)使的一個(gè)人，他的研究結(jié)果是特大新聞：人們長(zhǎng)期探尋的答案很快就有了，基因編碼會(huì)被解開(kāi)?？墒菍?duì)一個(gè)想以自己的名字為發(fā)現(xiàn)命名的人來(lái)說(shuō)，這個(gè)新聞實(shí)在是壞得不能再壞了。克里克和布倫納近十年的研究將變?yōu)槎啻艘慌e。

我相信，自己遇到這種情況時(shí)的反應(yīng)會(huì)很體面。我不會(huì)為了自己把尼倫伯格的發(fā)現(xiàn)說(shuō)成一文不值，為了“證明”它不能令人信服生編硬造一些理由;我也不會(huì)返回自己的實(shí)驗(yàn)室，加快研究速度以便盡早發(fā)表自己的成果。但是，克里克的反應(yīng)更為不同尋常，值得我們效仿。在克里克主持的一個(gè)大型會(huì)議上，他請(qǐng)尼倫伯格當(dāng)著1000多人的面再宣布一次研究結(jié)果。當(dāng)尼倫伯格講完時(shí)，克里克感情充沛地上前擁抱了尼倫伯格。我試著想象兩個(gè)同時(shí)代的人在會(huì)議室里自發(fā)地?fù)肀?，尤其?dāng)一位是遺傳學(xué)家，另外一位是生化學(xué)家時(shí)。生化學(xué)家瑪克辛·辛格曾給尼倫伯格提供過(guò)實(shí)驗(yàn)所需的RNA，他告訴我說(shuō)，“生化學(xué)家和遺傳學(xué)家是有嫌隙的”。

莫斯科會(huì)議之后不久，克里克和布倫納做出了一項(xiàng)重要貢獻(xiàn)。當(dāng)時(shí)，他們知道在病毒DNA里增刪一兩個(gè)字母會(huì)使產(chǎn)生的蛋白質(zhì)失去作用。但當(dāng)他們?cè)鰟h三個(gè)字母時(shí)，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的作用恢復(fù)了。這個(gè)結(jié)果暗示，DNA編碼是由三個(gè)字母組成的詞合成的。這在當(dāng)時(shí)也是解開(kāi)密碼的一個(gè)重要組成部分。

尼倫伯格及其同事完成的解碼工作的積極性無(wú)論怎樣講也不夸張，因?yàn)楝F(xiàn)代生物學(xué)的多數(shù)重大進(jìn)步都依賴它。我自己的實(shí)驗(yàn)室也天天都在用它。對(duì)分子生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，它是所有未來(lái)發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)。當(dāng)然，尼倫伯格是在前人的基礎(chǔ)上完成這一工作的，而且許多其他科學(xué)家，包括布倫納和克里克，也通過(guò)其他重大發(fā)現(xiàn)對(duì)他的結(jié)果進(jìn)行了提煉和升華。那些沒(méi)能來(lái)得及公布自己研究結(jié)果的人也得到了激勵(lì)，按照布倫納的說(shuō)法，“我們可以騰出手來(lái)研究更為重要的問(wèn)題”。

現(xiàn)在，我們?cè)诤芏鄷r(shí)候也會(huì)面對(duì)同樣的問(wèn)題。在我看來(lái)，克里克與布倫納的反應(yīng)就是一個(gè)很好的榜樣。我想，對(duì)所有科學(xué)家來(lái)說(shuō)也都一樣，就像臨別時(shí)布倫納給我的忠告：“做最好的實(shí)驗(yàn)，永遠(yuǎn)說(shuō)實(shí)話。就這樣?！?/p>