鲍林DNA研究失败的原因探讨

时间：2015-12-20 18:45:10 所属分类：中国哲学 浏览量:

DNA 科学竞争在美国加州理工学院的鲍林（Linus Pauling）、科里（Robert Corey）和英国卡文迪许实验室的沃森（James Watson）、克里克（Francis Crick）之间进行。1953年2月21日，鲍林和科里在《自然》（Nature）发表研究简报核酸的结构（Structure of the Nu

DNA 科学竞争在美国加州理工学院的鲍林（Linus Pauling）、科里（Robert Corey）和英国卡文迪许实验室的沃森（James Watson）、克里克（Francis Crick）之间进行。1953年2月21日，鲍林和科里在《自然》（Nature）发表研究简报“核酸的结构”（Structure of the Nucleic Acids）：　　“根据X射线衍射图的主要特征和基本的分子结构原理，我们提出了核酸的结构。这个结构包括三条互相缠绕的螺旋多核苷酸链 磷酸基团沿分子的中心轴紧密堆积，戊糖残基围绕在周围，嘌呤和嘧啶向四周张开，平面与分子轴垂直。”（[1], p.346）1953 年初，鲍林和科里又在《美国科学院院刊》（Proceedings of National Academy of Sciences）发表“为核酸设想的结构（”A Proposed Structure for the Nucleic Acids），详细给出了嘌呤碱与嘧啶碱位于分子的外侧，核苷酸链依靠磷酸之间的氢键结合的三链螺旋模型。图1左为中心轴附近的三个四面体磷酸基团，实线圆圈代表氧原子，虚线圆圈代表磷原子；右图为24-残基7-转的单核苷酸链，四面体表示磷酸基团，呋喃核糖由连接它们的弧线表示。（[2], pp.87-88）。　　　　1953 年 4 月 25 日，三篇 DNA 结构的论文连续刊登在《自然》上，包括威尔金斯（Maurice Wilkins）、斯托克（Alex Stokes）、威尔逊（Herbert Wilson）的“脱氧戊糖核酸的分子结构”（Molecular Structure ofDeoxypentose Nucleic Acids），富兰克林（Rosalind Franklin）、戈斯林（Raymond Gosling）的“胸腺核酸钠的分子构型”（Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate），沃森、克里克的“核酸的分子结构”（Molecular Structure of Nucleic Acids）。（[3], p.737）在“核酸的分子结构”中，沃森和克里克提出了DNA 的双螺旋结构：两条反向平行的多核苷酸链围绕同一中心轴相互缠绕，嘌呤与嘧啶碱位于双螺旋的内侧，两条核苷酸链依靠碱基之间的氢键结合。1953年5月30日，他们又在《自然》发表“脱氧核糖核酸结构的遗传含义”（Genetical Implications of the Structure of Deoxyribonucleic Acid），进一步回答了“脱氧核糖核酸如何自我复制”的问题。沃森和克里克也因此获得1962年的诺贝尔生理学或医学奖。　　DNA 科学竞争被形容为“远方传奇的大力士被两个无名小卒砍倒”（[4], p.436）的故事，20 世纪杰出的化学家被两个“名不见经传”的年轻人打败的原因值得深究，有关沃森和克里克发现DNA双螺旋结构的论着很多，但对于鲍林DNA研究失败的原因还尚未见相关的报道，本文试作一些初步的探讨。　　一、鲍林失败原因的主要观点　　鲍林DNA研究失败的原因是什么？对于这一问题，可谓见仁见智，大体可以归纳为以下几种观点：　　1.“资料缺乏”说　　X 射线衍射图是 DNA 研究的关键之一。20 世纪 50 年代初，清晰的 DNA 晶体衍射图极难获得，主要由于DNA难以与粘附的蛋白质分离，并且分离出来的也只是衍射图非常模糊的DNA钠盐。虽然国王学院的朗德尔（John Randall）实验室已经拍摄出了清晰的X射线衍射图，但是鲍林和科里使用的仍然是英国晶体学家阿斯特贝里（William T. Astbury）1938年发表的“相当模糊”的X射线衍射图。鲍林在《结构化学与分子生物学五十年的进展》（Fifty Years of Progress in Structural Chemistry and Molecular Biology）中指出：“我们那些相当模糊的X射线照片，事实上相应于DNA纤维的两种形式图形的重迭，它们导致我得出这样的结论：DNA纤维是三个分子彼此盘绕的螺旋络合物，而不是我早年论文中根据互补论据提出的我所期望的双螺旋。”　　1951 年夏天，鲍林听从加州理工学院客座教授吉拉尔特 · 奥斯特（Gerald Oster）的建议致函朗德尔，希望看一看威尔金斯的X射线衍射图。1951年8月28日，朗德尔在回信中写道：“很抱歉，奥斯特误解了我们在DNA方面的意图，威尔金斯和其他人正忙于解释X射线衍射图，把这些照片交给您，对于他们或者整个实验室的努力来说都是不公平的。”　　1952年5月，鲍林原计划出席英国皇家学会的蛋白质会议，并且访问朗德尔的实验室，当时富兰克林拍摄的B型DNA钠盐纤维的X射线衍射图，清楚地显示出双重对称性，可以有力地排除三链螺旋的可能性。在会议的前夕，因为“你提议中的旅行不符合美国的最大利益”，美国政府拒绝给鲍林签发出国护照。历史学家罗伯特·奥尔贝（Robert Olby）认为，如果鲍林得以成行，“威尔金斯是会拿出这些东西给他看的”，（[5], p.49）这样鲍林很有可能揭示DNA的正确结构。　　2.“浮躁”与“自负”说　　鲍林的传记作家托马斯·哈格（Thomas Hager）认为，“浮躁”与“自负”是鲍林DNA研究失败的主要原因之一。20 世纪 50 年代初是鲍林科学生涯的一个高峰。1951 年 4 月，鲍林和科里在《美国科学院院刊》发表“蛋白质的结构：多肽链的两种螺旋构型”，（[6], p.205）他们以肽键的平面性为基础，成功提出每圈3.6个氨基酸残基，相邻螺圈之间形成链内氢键的α-螺旋结构。之后，鲍林和科里又发表“多肽链的两种螺旋构型的原子坐标和结构因子”、“合成多肽链的结构”、“毛发、肌肉和其他相关蛋白质的结构”、“血红蛋白和其他球蛋白的多肽链构型”等七篇论文，“戏剧性地”占据《美国科学院院刊》1951年5月号的全部版面。　　剑桥大学的卡文迪许实验室也在资深晶体学家劳伦斯·布拉格（William Lawrence Bragg）的领导下进行蛋白质结构研究，1950年3月31日，布拉格、肯德鲁、佩鲁茨在英国《皇家学会学报》（Proceedingof the Royal Academy）发表论文“晶体蛋白的多肽链构型”（Polypeptide Chain Configurations in CrystallineProteins）。与鲍林相反，卡文迪许研究小组犯了两个主要的错误：一是局限于整数螺旋，严格限定每一圈的氨基酸残基数目为3或4等整数；二是忽视了肽键的平面性，没有从化学特性方面施加限制，他们提出的蛋白质结构达到二十种之多。　　战胜世界着名晶体学家给鲍林带来了极大的荣誉，也在一定程度上产生了“自负”的心理，哈格就认为：“在解决了阿尔法螺旋问题后，他以为自己不再需要做别人需要做的那些研究的准备工作了。很清楚，他是世界上解决大分子结构的最佳人选。”（[4], p.435）α-螺旋研究前后历时十多年，鲍林研究小组在生物分子的键长和键角方面做了大量的工作，而DNA研究却十分仓促。哈格作了这样的比较：“阿尔法螺旋是他十多年翻来覆去进行分析的结果，其中凝结了他在成千上万小时中艰苦细致地进行晶体衍射研究的心血。在他正式发表他的模型前，他的实验室将氨基酸的各个成分精确地测定到了几分之一度或百分之一埃。　　在蛋白质这一课题上，存在着用X射线拍摄到的大量清晰的资料，可以让鲍林作仔细的研究，使他有可能将几十种不同的结构剔除掉 对于DNA，这些事情都没有做。”（[4], pp.427-428） 3.“老科学家”症状　　佩鲁茨（Max F.Perutz）因研究血红蛋白的结构而获得1962年诺贝尔化学奖，他在《真该早点惹怒你—关于科学、科学家和人性的随笔》（I Wish I'd Made You Angry Earlier-Essays on Science, Scientists, andHumanity）中指出：“直到生命的最后一息，鲍林仍不停地发表论文，但这些文章没有一篇像早期的论述那样重要，可能因为他过于专注于某些事情，起先是核战争，以后又是维生素C的问题。”（[7], p.13）鲍林DNA研究失败后，麻省理工学院的生物学家也曾推测鲍林是否是“老科学家”症状，他们把这种症状定义为“伟大人物脱离了科学家相互提醒对方错误的有利系统时所发生的。”（[8], p.50）这些观点涉及到科学家的创造性和科学研究的风格。许多科学家的创造性成就往往是中青年时期做出的，“老年”科学家有知识和经验的优势，但是，他们也容易受思维定式的影响，也容易因为声望而听不进批评意见。相互批评、自由讨论是克服个人局限的有效方法，在鲍林的实验室，是一种“大师的研究工作处于中心地位，其决策权威不容质疑”（[4], p.187）的研究风格，这种研究风格不利于发挥集体的智慧，不利于克服个人认识的局限。总之，鲍林DNA研究失败的原因是多方面的，上述每一种观点都有一定道理，我们还可以结合具体研究过程做进一步的分析。　　二、认识和方法的局限是导致鲍林失败的主因　　1. 从“遗传信息的载体”看认识的局限　　任何科学突破都需要条件的积累，敏锐把握科学条件的变化，是做出科学发现的重要前提。20世纪50 年代初，科学发展已经为揭示 DNA 的结构准备了条件。从米歇尔（Friedrich Miescher）、柯塞尔（AlbrechtKossel）到列文（Phoebus Levene）已经认识到了 DNA 的组成、种类和连接方式；美国化学家列文、英国晶体学家阿斯特贝里、挪威晶体学家福伯格已先后提出过DNA的结构模型；X射线技术的完善也为揭示DNA 结构准备了实验条件；更重要的是，越来越多的证据显示 DNA 才是遗传信息的载体。但是，鲍林对于DNA意义的认识却经历了一个曲折的过程：　　（1）20世纪40年代初，鲍林也“迷失”在蛋白质的偏见中。在列文的四核苷酸假说中，四种碱基在DNA中的含量相等，单调和重复结构的DNA似乎不适合携带遗传信息；而蛋白质由20种不同的氨基酸组成，它们具有多种形式和复杂的排列方式，多样性结构可能正适合储存复杂的遗传信息。与当时的普遍认识一样，鲍林也认为结构简单的DNA很可能只是一种“结构性”的成分，蛋白质最可能是遗传信息的载体。　　（2）实际上，19世纪60年代米歇尔的研究已经预示DNA的遗传意义，但是他的工作“在很大程度上”被忽视了。直到1935年，洛克菲勒研究院的艾弗里（Oswald T. Avery）发现，DNA本身就能在肺炎球菌之间传递新的遗传信息，艾弗里、麦克劳德、麦卡蒂的细菌特征转化研究显示，遗传单位不存在于复杂的蛋白质中，而存在于表面看起来单调的DNA中。1944年，艾弗里发表论文，提出DNA在肺炎球菌之间传递遗传特性的观点，并且解释了格里菲斯的“转化现象”。当艾弗里的论文在《实验医学杂志》（Journalof Experimental Medicine）上发表时，鲍林并没有真正改变对于 DNA 意义的看法，他说：“我以前就知道DNA 是一种遗传物质的论点，然而，我没有接受这一论点，你们知道，那时我正热衷于蛋白质的研究，我认为蛋白质最有可能是遗传物质，不可能是核酸—当然，核酸也有作用。”（[4], p.400）（3）真正认识到DNA的意义是法国“卢瓦蒙噬菌体会议”之后。1952年7月，鲍林出席在法国举行的国际生物化学大会，之后又参加在巴黎城郊的卢瓦蒙修道院举行的国际噬菌体会议，听取美国微生物学家赫尔希（Alfred D. Hershey）的报告。1952年春，赫尔希和蔡斯（Martha Chase）采用放射性同位素磷（P32）和硫（S35）对T2噬菌体的DNA标记，他们发现，当噬菌体侵染其寄主细菌细胞时，只有噬菌体的DNA进入细胞内部，而蛋白质却留在外面，实验以确凿的证据表明DNA是遗传信息的载体。“卢瓦蒙噬菌体会议”之后，鲍林才意识到自己“走向了错误的方向”。　　克里克说：“双螺旋的发现过程，从科学上说，是十分平凡的；我认为这一点是必须加以强调的。重要的 在于发现了DNA结构这个课题本身。”（[9], p.55）贾德森（Horace Judson）也指出：“发现DNA结构在当时是很难的，但不是由于其内在的原因，而是因为人们没有认识到它的重要性和特殊性。”（[8], p.8）首先，DNA在于其“概念的重要性”，不仅赋予这项研究以重要意义，而且对正确研究DNA的结构也具有重要的指导意义。对于鲍林来说，他只是把DNA看成是一种比较重要的生物大分子而已，“核酸只不过是令人感兴趣的化学品，正如氯化钠是一种有趣的化合物一样。”（[4], p.434）认识的局限束缚了研究者的视野。与鲍林不同，沃森和克里克更早就认识到了DNA的意义，并且将研究目标确立为“生命究竟是什么”这种“宗教式的目标”，是他们从一开始时就具有更加开阔研究视野的重要原因。其次，从时间来看，鲍林、科里和沃森、克里克都是从1951年才真正开始研究，到1953年4月沃森和克里克在《自然》发表“核酸的分子结构”为止，前后不到三年时间。正确认识研究对象的意义，并且以极大的热情投入到研究中去，在这一案例中显得尤为重要。　　2. 从研究过程看思维方式的局限　　从研究过程来看，受蛋白质思维定式的影响，这是鲍林失败的重要原因。唐有祺院士1946年9月到1951年在加州理工学院学习，跟随鲍林主攻X射线晶体学，他在“化学的回顾和展望”中写道：“鲍林通过模型方法成功的揭示了蛋白质的α-螺旋结构，在蛋白质结构和DNA的结构之间存在的差别是，在为一个多肽链段搭出一个α-螺旋时，只需考虑一个靠分子内氢键形成的单螺旋，20 种氨基酸残基的多种 R 基伸向螺旋外侧，从而并不影响螺旋主体的规则性 在 α-螺旋的情况下将氨基酸残基的R基放在螺旋的外侧正可以使螺旋的主体保持规则性，而这个先入为主的想法很可能是在搭建DNA螺旋体时错误地将顺序变幻不定的4种不同的有机碱放在外侧并将磷酸根放在内侧的导因。”（[10], p.4）1951 年 11 月，鲍林从《美国化学会学报》（Journal of the American Chemical Society）读到爱德华 ·朗温（Edward Ronwin）的论文“核酸的磷三酐结构”（A Phosphor-tri-anhydride Formule for the NucleicAcids），在朗温的核酸结构中，分子核心由磷酸酐连接起来，每个磷原子与 5 个氧原子相连，碱基伸向分子四周。虽然鲍林写信向《美国化学会学报》表示“，将5个氧原子同1个磷原子结合是一个不可能的结构，因此设想的磷三酐结构不应该太当真。”（[11], p.378）他却赞同朗温将碱基放在分子外侧的想法，正如蛋白质中一样，把氨基酸放在分子的外侧就不会影响主体的规则性；在DNA中，将双环的嘌呤碱和单环的嘧啶碱放在分子的内侧，就存在如何放置的问题，而将它们放在分子的外侧，就比较容易设想分子的模型；况且，阿斯特贝里的X射线衍射图并没有排除这种可能性。因此鲍林推测，DNA中的碱基很可能在分子的外侧。　　这还只是一种初步的假设，必须在随后的研究中进行检验，也必须考虑到其他可能性。但是鲍林将碱基放在分子的外侧后，就“一心迷恋于磷酸的包装”，（[4], p.434）由于对这种设想的“偏爱”，鲍林没有认真考虑其他人不同的研究成果，在碱基配对方式上，鲍林说“：虽然我知道E.查伽夫的工作，他曾指出，在DNA中，嘌呤和嘧啶碱基对比例相等，但是我却没有想到氢键键合的互补结构牵涉到腺嘌呤与胸腺嘧啶和鸟嘌呤与胞嘧啶之间的配对问题。”（[5], p.50）在双链螺旋上，鲍林说：“我以为科里和我在1953年2月所描述的三链结构很可能是产生于纤维形成过程而在生理活性状态下不显示其DNA分子的人工制品。”　　思维定式也表现在DNA结构矛盾的处理上。与α-螺旋一样，三螺旋模型也是“面对矛盾的数据”（[4],p.424）发表研究结果。20 世纪 30 年代，鲍林就已经提出蛋白质的初步结构，但是这种结构与当时的晶体学权威阿斯特贝里的X射线衍射图存在着矛盾，在阿斯特贝里的X射线衍射图上，氨基酸链每隔5.1埃将会出现重复单位，而鲍林模型这一数据是5.4埃。在审视了模型的关键结构之后，鲍林大胆地冲破这一数据的束缚，向科学界公布了α-螺旋模型。同样，在DNA结构中，虽然科里的计算表明，DNA核心部位的氧靠得太近而无法“装配”在一起，但是鲍林满意地看到，在分子的核心部位，每个平面上有三个磷酸基团，每个四面体磷酸基团提供2个氧原子，构成一个完美的八面体形状，（[2], p.89）这是晶体学中的常见形状，似乎表明结构的“合理性”。基于蛋白质的经验，鲍林同样相信也会“在后来才找到需要的事实来回答批评他的人”。（[4], p.425）一方面，对于假说的坚定信念导致了α-螺旋的成功；另一方面，这种思维定式却使DNA的研究“走入了死胡同”，总结鲍林在DNA研究中的失误，可以认为：　　（1）认识的片面性。碱基朝外，三链螺旋这些“显而易见”的结论，没有经过严格的检验就确定下来，过早把自己限定在一个糟糕的方案中，正如德波诺（Edward Bono）所指出的，“如果洞挖错了地方，那么再多的改进也不会使洞的位置正确。”（[12], p.14） （2）在科学研究中，“偏爱”往往会影响研究者客观的观察和判断，“主观愿望”在不知不觉中产生。实际上，查伽夫规则、双链等事实鲍林已经知道，但是“偏爱”使研究者没有勇气放弃旧假说，同时也往往不自觉地歪曲了对事实的判断。贝弗里奇（William Beveridge）说道：“一旦相信了某种设想之后，就很难仅仅由于发现了相反的事实而被放弃。”（[13], p.55）“我们必须十分注意，不使自己对自己的假说过于热中，应力求客观的判断 要提高警惕，不使观察和解释受到假说的影响而歪曲。”（[13], p.55）沃森和克里克也有许多错误的认识。如果说富兰克林、多诺休（Jerry Donohue）的批评是沃森和克里克克服错误认识的“外因”，那么从“内因”来看，也得益于他们愿意抛弃错误的勇气。1951年11月，沃森和克里克根据X射线衍射图、晶胞大小和含水量，设想了一个与鲍林类似的三链螺旋：糖-磷酸主链在分子的内侧，碱基在分子的外侧，带负电的磷酸根与带正电的镁离子形成的盐键维持主链的稳定。沃森认为，在正常的pH条件下磷酸带负电，一定存在正离子抵消额外的负电荷，“如果镁离子或钙离子附在糖和磷酸的骨架之中，很快就能得到一种非常精致的结构，其正确性无可非议。”　　　　然而，这一“正确性无可非议”的设想很快就被富兰克林否定了。1951年12月，富兰克林来到剑桥，直接了当地指出他们的两个明显的错误：第一，在细胞核中，镁离子或钙离子被水分子包围，不可能将磷酸结合在一起；第二，DNA的含水量实际上应该是他们计算值的10倍。由于富兰克林的批评，沃森和克里克及时认识到这些错误。　　“酮式”和“烯醇式”异构是DNA结构的又一个关键。当时的教科书认为氢原子可以在嘌呤环或嘧啶环的氮原子和氧原子之间移动，处于互变异构平衡之中，克里克认为这种变化的构型难以形成稳定的氢键，因而反对氢键结合，沃森也因为同样的原因认为应该把糖-磷酸主链放在分子的内侧。在美国晶体学家多诺休的帮助下，沃森和克里克认识到，鸟嘌呤或胸腺嘧啶是以酮式而不是以烯醇式的形式存在，终于克服了碱基氢键结合的重要障碍。　　沃森和克里克的例子从相反的角度说明了鲍林的局限性，如何才能及时从“碱基外侧”转变到“碱基内侧”，从“三链”转变到“双链”上来？同样需要鲍林研究小组具有抛弃错误的勇气，正如克里克在《狂热的追求—科学发现之我见》（What Mad Pursuit-A Personal View of Scientific Discovery）所指出：“那么，我和沃森又有什么值得称道之处呢？如果有的话，也许是当某些设想站不住脚时，我们总是乐于并坚决地抛弃它们 许多尝试的失败不是因为研究者不够聪明而是他们钻入了死胡同或稍遇困难就很快放弃了。”（[15], P.83）其次也需要鲍林研究小组善于批判性地接受不同的观点，以开放的心态对待查伽夫规则以及对三链模型的不同意见，这样才能克服思维定式的影响，避免“钻入死胡同”。总之，在DNA的研究中，敢于抛弃错误的观念、活泼的思维方式比知识的“大量积累”更加重要，正如贝弗里奇所说的：　　“为了作出科学发现，‘冒险、颠覆、创造性以及青年人的机智’要比‘老年人广博而可信的智慧’重要得多。”（[16], p.135）“一般说来，博学不是作出发现的最重要因素。当回顾式地作一考察就会看到 活泼的心理和进行研究时的正确方式比知识的大量积累更加重要。”（[16], p.133） 3. 从三链模型看研究方法的局限　　鲍林和科里的三链螺旋模型有三个主要问题：一是三链模型不能解释DNA的复制机制；二是三条链依靠磷酸分子间的氢键结合；三是中心位置“组装”太紧了。贾德森在《创世纪的第八天》（The EighthDay of Creation）这样指出：　　“在‘清晰可靠的紧密组装是必要的’这句话后面是铁一样的事实—鲍林把核心组装得太紧了 就像自己的鞋子、手套和领子一样，太紧了会使人不舒服 模型是缄默的。它什么也不能解释。它既没有提供自身复制的线索，也没有表明它对细胞其他部分有什么影响。特别是，结构忽视了查伽夫规则。来自模型的任何部分都没有揭开基因的秘密。”（[8], p.98）这些结构问题直接与DNA的生物学特征相悖，沃森就认为，鲍林之所以没有考虑到两条链的情况，是因为他并没有像生物学家那样考虑DNA。实际上，1940年，鲍林和德尔布吕克（Max Delbrück）就在《科学》（Science）提出基因的复制机制，他们认为，基因的分裂过程包含两个阶段，分子A先作为合成互补分子A—1的模版，然后A—1再作为合成互补分子的模版。但是，在实际研究中，可能过于考虑“磷酸的结构化学问题”、过于强调氢键的作用将他引向了错误的方向。磷酸在生理条件下电离，而在鲍林的三链螺旋中，羟基在磷酸中不能电离，这样才能将磷酸结合在一起，以致于沃森说伟大的化学家忘记了基础化学。　　DNA 研究可以表述为：DNA 分子结构的规则性及其化学稳定性，DNA 分子的核苷酸排列如何反映DNA 的复制机制，前者主要是“结构”问题，而后者主要是“功能”问题。将碱基放在分子的外侧，虽然不用考虑“碱基如何组装”的问题，但是碱基彼此之间互不相干，如何体现DNA精确的复制机制。而将碱基放在分子的内侧，在碱基复杂的组合方式中正可能蕴涵着精确的复制机制。从事后的眼光来看，一条链上的腺嘌呤（A, Adenine）与另一条链上的胸腺嘧啶（T, Thymine），鸟嘌呤（G, Guanine)与胞嘧啶（C, Cytosine)的配对，从生物学的角度来看，每条链都可以作为一个完全相同的新螺旋的基础，能够很好地解释自催化和异催化。这样就会自然地考虑“同类”配对与“互补”配对问题，而如果采用同类配对，即鸟嘌呤与鸟嘌呤、腺嘌呤与腺嘌呤、胸腺嘧啶与胸腺嘧啶、胞嘧啶与胞嘧啶的配对，就会出现两类不同几何形状、不同几何大小的碱基对，使双螺旋的骨架不规则，在分子结构和复制机制两个方面都存在问题。　　如果采用互补配对，即A—T、G—C配对（如图3），不仅解决了分子骨架不规则的问题，而且碱基之间能形成合适的氢键，也蕴涵着巧妙的复制机制，完美地体现了结构与功能的统一。这也是沃森和克里克在研究的时候，始终“联系到DNA的功能”，他们开始设计的就是“一个不仅会和X射线衍射资料一致，而且也将顾及到自催化和异催化双重功能”（[9], p.55）的合理之处。　　因此，DNA的精确复制隐含同类配对还是互补配对这一结构问题，碱基的互补配对不仅是解决DNA核心部位规则性的关键，而且也是回答DNA精确复制机制的关键。至少可以说，DNA研究不仅仅是“结构”问题，同时也是“功能”问题，鲍林自始至终都没有涉及到碱基配对方式，一定程度上与结构学家忽视了生物学功能研究有关。按照哈格的说法：“在鲍林的头脑中，其中心问题在本质上可以归结为涉及到磷酸结构化学特性问题。他想，DNA的生物学意义以后一定会搞清楚；要是结构是正确的，那么生物学上的重要性自然会通过某种方式体现出来。在这一点上，他的任务是弄清楚结构，而不是明确其功能。”　　比如同为“结构学家”的威尔金斯，沃森指出“：威尔金斯的主要目的是研究分子本身的结构；他并没有打算在他的结构理论中考虑通过任何实际的途径去说明生物（遗传）的功能。威尔金斯本质上主要是一个结构论者。”（[17], p.31）鲍林的模型方法可以依靠键长和键角的“限制”，依靠化学特性缩小思考的范围，使研究者可以对结果作出合理的猜测，这是鲍林研究方法的优点。但是，鲍林在DNA结构研究中，忽视了DNA的生物学功能，从研究方法上截断了一个重要的“启发源”，这可能也是鲍林小组失败的原因之一。　　三、结　　语　　1954 年，鲍林因价键理论单独获得诺贝尔化学奖；1962 年，鲍林又因反对核试验单独获得诺贝尔和平奖；若能正确揭示DNA的结构，鲍林就将成为科学史上第一个三次获得诺贝尔奖金者。但他错过了这次机会。与此同时，对于DNA意义的正确认识、活泼的思维方式、恰当研究方法的完美结合，最终成就了沃森和克里克“分子生物学之父”的美名。　　作为20世纪“结构学派”的代表人物，鲍林创造性地运用模型方法来研究生物分子的结构，在科学史上呈现出鲍林-科里与布拉格-肯德鲁-佩鲁茨之间的蛋白质科学竞争、鲍林-科里与沃森-克里克之间的DNA科学竞争。与“信息学派”的创始人玻尔、薛定谔不同，鲍林将生命看成一种“分子过程”，这些思想体现在“生命过程分子间作用力的本质”（1940年发表于《科学》）“、生物大分子作用力的本质”（1948年英国皇家学会周五晚间讲座）、“分子结构与生命过程”（1948年杰西·布特基金会演讲）中，一定程度上，鲍林-科里与沃森-克里克DNA研究方法的差异根源于“结构学派”与“信息学派”生命观的差异。因此，以鲍林为关注的中心，深入研究相关的案例，对于理解20世纪这场最重要的科学竞争以及科学方法论都会起到有益的启示与借鉴。　　［参 考 文 献］　　[1]Pauling, L., Corey, R., Structure of the Nucleic Acids[J]. 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London: The Macmillan Press, 1974, 378.　　[12]爱德华·德波诺：横向思维法[M]，钱军译，北京：生活.读书.新知三联书店，1991，14。　　[13]W. I. B.贝弗里奇：科学研究的艺术[M]，陈捷译，北京：科学出版社，1979，55。　　[14]詹姆斯·沃森：双螺旋—发现DNA结构的个人经历[M]，田洺译，北京：生活.读书.新知三联书店，2001，70。　　[15]弗朗西斯·克里克：狂热的追求—科学发现之我见[M]，吕向东、唐孝威译，合肥：中国科学技术大学出版社，1994，83。　　[16]W. I. B.贝弗里奇：发现的种子[M]，金吾伦、李亚东译，北京：科学出版社，1987，133-135。　　[17]加兰·E.艾伦：分子生物学的起源和发展[J]，葛松林译，科学与哲学，1982，（5）：31。

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