生命的終極奧義

如果說(shuō)起雙螺旋，你會(huì)想到什么？一段旋轉(zhuǎn)樓梯、一根大麻花……當(dāng)然，我這里想強(qiáng)調(diào)的是，雙螺旋是復(fù)雜生命設(shè)計(jì)中最精妙的呈現(xiàn)，即我們DNA的結(jié)構(gòu)。

你的空間想象能力如果足夠好，請(qǐng)腦補(bǔ)一下：把一段鐵軌沿著中線扭一下，就得到了一段雙螺旋。這兩條鐵軌，我們稱之為脫氧核糖-磷酸骨架，而中間的每一條枕木，則是由可配對(duì)的兩個(gè)堿基（腺嘌呤必須與胸腺嘧啶配對(duì)，鳥嘌呤必須與胞嘧啶配對(duì)）通過(guò)氫鍵連接而成的。不要小看配對(duì)這個(gè)詞，正是因?yàn)檫@種匹配的專屬特異性，才使得遺傳可以高保真發(fā)生，才使得生命語(yǔ)言得以高效率傳遞。

生命的本質(zhì)是化學(xué)，化學(xué)的本質(zhì)是物理。DNA作為生命的遺傳物質(zhì)，從形成的那一刻開始就呈現(xiàn)雙螺旋結(jié)構(gòu)，無(wú)比精巧、無(wú)比合理、無(wú)比美妙，然而這個(gè)地球上的生命是在幾十億年后才知道的。如果說(shuō)我比別人看得更遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诹司奕说募缟�。物理大神牛頓講的這句話同樣適用于生命科學(xué)。

1859年，達(dá)爾文已經(jīng)知道了物競(jìng)天擇，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不知道其物質(zhì)上的實(shí)證；

1865年，孟德?tīng)栆呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了遺傳變異，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不知道其還原論的演繹；

1871年，米歇爾已經(jīng)提純出核酸，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不知道這就是遺傳物質(zhì)的本體；

1909年，約翰遜已經(jīng)提出了基因一詞，但它還僅僅是一個(gè)高度凝練的概念；

1911年，摩爾根已經(jīng)提出了染色體遺傳理論，但還不知道遺傳物質(zhì)是核酸還是蛋白質(zhì)；

1944年，薛定諤已開始從物理的角度思考生命是什么，并嘗試從核酸中找到第五種力；

1944年，埃弗里通過(guò)肺炎雙球菌實(shí)驗(yàn)確證了DNA是遺傳物質(zhì)，但還不知道其分子基礎(chǔ)；

1952年，鮑林已經(jīng)搶先提出了DNA三螺旋結(jié)構(gòu)，然而發(fā)表后被證明錯(cuò)誤；

……

這一眾巨人們的肩膀，都為1953年4月2日關(guān)于雙螺旋結(jié)構(gòu)的偉大發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

某些特殊的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，使人們對(duì)世界的認(rèn)知產(chǎn)生了質(zhì)的變化。1953年4月1日，當(dāng)時(shí)人類還不知道DNA的結(jié)構(gòu)，但到了第二天，當(dāng)世界頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物《自然》接收由詹姆斯·D.沃森（也即本書作者）、弗朗西斯·克里克以及莫里斯·威爾金斯聯(lián)合署名，題為DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的科研論文投稿后，人類的認(rèn)知?jiǎng)t將被改變。值得一提的是，這篇文章從投稿、審閱到出版僅僅用了23天，這個(gè)創(chuàng)紀(jì)錄的效率，從另一個(gè)角度證明了這件事情的偉大意義。（必須一提的是，這個(gè)發(fā)現(xiàn)還必須感謝一位卓越的女性科學(xué)家羅莎琳德·富蘭克林，正是她關(guān)于雙螺旋的51號(hào)照片一張史上最清晰的DNAX射線衍射照片才啟發(fā)上面幾位諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的獲得者得出了正確結(jié)論，而她本人則因卵巢癌英年早逝，無(wú)緣諾獎(jiǎng)……）那一刻之后的70年，圍繞著DNA基本結(jié)構(gòu)，全世界眾多最聰明的腦子逐步向生命科學(xué)領(lǐng)域匯集，而生命世紀(jì)的大幕也徐徐拉開。

1958年，弗朗西斯·克里克提出了中心法則，從而理順了從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的關(guān)系；

1970年，吳瑞發(fā)明了引物延伸并將其應(yīng)用于DNA測(cè)序，啟發(fā)了桑格后續(xù)研發(fā)出測(cè)序技術(shù)；

1975年，桑格發(fā)明了第一個(gè)被廣泛應(yīng)用的DNA測(cè)序方法雙脫氧終止法，人類基因組解密在技術(shù)上有了堅(jiān)實(shí)的依托；

1983年，穆利斯發(fā)明了聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR），使得微量DNA可被大量擴(kuò)增，使如今耳熟能詳?shù)暮怂釞z測(cè)成為可能；

1985年，美國(guó)ABI公司發(fā)明了第一臺(tái)DNA自動(dòng)測(cè)序儀Prism310，從而為大規(guī)模基因測(cè)序做好了工程化的準(zhǔn)備；

1990年，人類基因組計(jì)劃（HGP）啟動(dòng)，并于2003年完成，美、英、日、德、法、中六國(guó)參與，花費(fèi)38億美元，華大基因代表中國(guó)完成其中1%的測(cè)序任務(wù)；

2005年，高通量測(cè)序技術(shù)橫空出世，測(cè)序通量指數(shù)級(jí)增加、成本指數(shù)級(jí)下降，使得人人基因組得到測(cè)序成為可能；

2015年，中國(guó)第一臺(tái)測(cè)序儀BGISEQ-500由華大集團(tuán)研制成功，自此中國(guó)測(cè)序技術(shù)逐步領(lǐng)先世界；

2022年，華大研究院的時(shí)空組學(xué)技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)DNA的空間定位，這一超高分辨率的成像技術(shù)使得人們對(duì)DNA的工作狀態(tài)一覽無(wú)余；

……

每覽昔人興感之由，若合一契，未嘗不臨文嗟悼，不能喻之于懷。關(guān)于DNA研究的故事實(shí)在太多，原諒本人才疏學(xué)淺且筆墨有限，不能一一鋪敘。而圍繞DNA的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)發(fā)明、產(chǎn)業(yè)發(fā)展也正如其結(jié)構(gòu)一般螺旋式上升，不斷地為人類的生命科學(xué)和生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)力量。種種精彩，尚請(qǐng)翻看本書，必然開卷有益�？梢源_定的是，這些故事還在繼續(xù)，而且會(huì)越來(lái)越精彩！

請(qǐng)?jiān)试S我用這篇發(fā)表于1953年4月25日的偉大而精悍的論文中最美妙的一句話結(jié)束此篇：It has not escaped our notice that the speci?c pairing wehave postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the geneticmaterial.（我們已注意到，我們所提出的特殊配對(duì)模式，提供了一種可能的遺傳物質(zhì)的復(fù)制機(jī)制。）

這就是雙螺旋之于生命的終極奧義。

是為序。

[中文版序]

致中國(guó)讀者的一封信

親愛(ài)的中國(guó)讀者：

獲悉《雙螺旋（插圖注釋本）》即將在中國(guó)出版，我十分欣喜。這本書主要講述了60多年前我和弗朗西斯·克里克發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的故事。我希望中國(guó)讀者在閱讀本書的過(guò)程中，可以體會(huì)到當(dāng)時(shí)我和克里克曾經(jīng)感受過(guò)的那份快樂(lè)和興奮，當(dāng)然，也包括那份沮喪。

人類基因組計(jì)劃的成功是繼DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)之后的又一重大成就。破譯人類的全部遺傳密碼，可謂是號(hào)稱本星球上最智慧生物的人類在文明史上第一次深刻而又精準(zhǔn)地理解了生命的本質(zhì)。如果把生命比作長(zhǎng)城，發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)就相當(dāng)于深入理解了構(gòu)筑起生命奇跡的磚石，而人類基因組計(jì)劃則相當(dāng)于清點(diǎn)了長(zhǎng)城上的每一塊磚石。然而，我們并未止步于此。

最重要的是，我們必須解決一些更有趣的問(wèn)題。例如：生命的整體結(jié)構(gòu)到底是什么樣的？生命如何得以運(yùn)行？生命的磚石如何構(gòu)建起了生命的長(zhǎng)城？我認(rèn)為，這些問(wèn)題的答案不僅會(huì)對(duì)科學(xué)界產(chǎn)生重要影響，對(duì)于整個(gè)人類而言也意義非凡。在解決這些問(wèn)題之后，未來(lái)可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想象：癌癥將不再是令人聞之色變的絕癥；人與人之間的差異將被更好地理解和尊重；而那些頤養(yǎng)天年的長(zhǎng)壽者也將不再罕見(jiàn)。

人類基因組計(jì)劃的成功是各國(guó)科學(xué)家通力合作的結(jié)果，其中也包括了中國(guó)科學(xué)家的傾力協(xié)作。與人類基因組計(jì)劃一樣，后基因組學(xué)時(shí)代的研究也需要展開更為廣泛的國(guó)際合作和更為長(zhǎng)期的艱辛探索。而中國(guó)近年來(lái)涌現(xiàn)出的杰出人才、強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和燦爛的文化遺產(chǎn)都使我相信，你們一定能夠在這項(xiàng)挑戰(zhàn)中發(fā)揮出更重要的作用！