關於DNA的發現和研究的科學故事,好的再加150分

題目：

關於DNA的發現和研究的科學故事,好的再加150分
最好要比較全一點的,從一開始研究到現在的所有的重要的科學故事.
不僅僅要發現雙螺旋結構的故事,最主要的是要發現雙螺旋之前和之後的故事

解答：

沃森
Watson, James Dewey
美國生物學家
克里克
Crick, Francis Harry Compton
英國生物物理學家
20世紀50年代初,英國科學家威爾金斯等用X射線衍射技術對DNA結構潛心研究了3年,意識到DNA是一種螺旋結構.女物理學家富蘭克林在1951年底拍到了一張十分清晰的DNA的X射線衍射照片.
1952年,美國化學家鮑林發表了關於DNA三鏈模型的研究報告,這種模型被稱爲α螺旋.沃森與威爾金斯、富蘭克林等討論了鮑林的模型.威爾金斯出示了富蘭克林在一年前拍下的DNAX射線衍射照片,沃森看出了DNA的內部是一種螺旋形的結構,他立即產生了一種新概念：DNA不是三鏈結構而應該是雙鏈結構.他們繼續循著這個思路深入探討,極力將有關這方面的研究成果集中起來.根據各方面對DNA研究的信息和自己的研究和分析,沃森和克里克得出一個共識：DNA是一種雙鏈螺旋結構.這真是一個激動人心的發現!沃森和克里克立即行動,馬上在實驗室中聯手開始搭建DNA雙螺旋模型.從1953年2月22日起開始奮戰,他們夜以繼日,廢寢忘食,終於在3月7日,將他們想像中的美麗無比的DNA模型搭建成功了.
沃森、克里克的這個模型正確地反映出DNA的分子結構.此後,遺傳學的歷史和生物學的歷史都從細胞階段進入了分子階段.
由於沃森、克里克和威爾金斯在DNA分子研究方面的卓越貢獻,他們分享1962年的諾貝爾生理醫學獎.
詹姆斯·沃森
沃森（出生於1928年）美國生物學家.
20世紀40年代末和50年代初,在DNA被確認爲遺傳物質之後,生物學家們不得不面臨著一個難題：DNA應該有什麼樣的結構,才能擔當遺傳的重任?它必須能夠攜帶遺傳信息,能夠自我複製傳遞遺傳信息,能夠讓遺傳信息得到表達以控制細胞活動,並且能夠突變並保留突變.這4點,缺一不可,如何建構一個DNA分子模型解釋這一切?
當時主要有三個實驗室幾乎同時在研究DNA分子模型.第一個實驗室是倫敦國王學院的威爾金斯、弗蘭克林實驗室,他們用X射線衍射法研究DNA的晶體結構.當X射線照射到生物大分子的晶體時,晶格中的原子或分子會使射線發生偏轉,根據得到的衍射圖像,可以推測分子大致的結構和形狀.第二個實驗室是加州理工學院的大化學家萊納斯·鮑林（Linus Pauling）實驗室.在此之前,鮑林已發現了蛋白質的a螺旋結構.第三個則是個非正式的研究小組,事實上他們可說是不務正業.23歲的年輕的遺傳學家沃森於1951年從美國到劍橋大學做博士後時,雖然其真實意圖是要研究DNA分子結構,掛著的課題項目卻是研究菸草花葉病毒.比他年長12歲的克里克當時正在做博士論文,論文題目是「多肽和蛋白質：X射線研究」.沃森說服與他分享同一個辦公室的克里克一起研究DNA分子模型,他需要克里克在X射線晶體衍射學方面的知識.他們從1951年10月開始拼湊模型,幾經嘗試,終於在1953年3月獲得了正確的模型.關於這三個實驗室如何明爭暗鬥,互相競爭,由於沃森一本風靡全球的自傳《雙螺旋》而廣爲人知.值得探討的一個問題是：爲什麼沃森和克里克既不像威爾金斯和弗蘭克林那樣擁有第一手的實驗資料,又不像鮑林那樣有建構分子模型的豐富經驗（他們兩個人都是第一次建構分子模型）,卻能在這場競賽中獲勝?
這些人中,除了沃森,都不是遺傳學家,而是物理學家或化學家.威爾金斯雖然在1950年最早研究DNA的晶體結構,當時卻對DNA究竟在細胞中幹什麼一無所知,在1951年才覺得DNA可能參與了核蛋白所控制的遺傳.弗蘭克林也不了解DNA在生物細胞中的重要性.鮑林研究DNA分子,則純屬偶然.他在1951年11月的《美國化學學會雜誌》上看到一篇核酸結構的論文,覺得荒唐可笑,爲了反駁這篇論文,才著手建立DNA分子模型.他是把DNA分子當作化合物,而不是遺傳物質來研究的.這兩個研究小組完全根據晶體衍射圖建構模型,鮑林甚至根據的是30年代拍攝的模糊不清的衍射照片.不理解DNA的生物學功能,單純根據晶體衍射圖,有太多的可能性供選擇,是很難得出正確的模型的.
沃森在1951年到劍橋之前,曾經做過用同位素標記追蹤噬菌體DNA的實驗,堅信DNA就是遺傳物質.據他的回憶,他到劍橋後發現克里克也是「知道DNA比蛋白質更爲重要的人」.但是按克里克本人的說法,他當時對DNA所知不多,並未覺得它在遺傳上比蛋白質更重要,只是認爲DNA作爲與核蛋白結合的物質,值得研究.對一名研究生來說,確定一種未知分子的結構,就是一個值得一試的課題.在確信了DNA是遺傳物質之後,還必須理解遺傳物質需要什麼樣的性質才能發揮基因的功能.像克里克和威爾金斯,沃森後來也強調薛丁格的《生命是什麼?》一書對他的重要影響,他甚至說他在芝加哥大學時讀了這本書之後,就立志要破解基因的奧祕.如果這是真的,我們就很難明白,爲什麼沃森向印第安那大學申請研究生時,申請的是鳥類學.由於印第安那大學動物系沒有鳥類學專業,在系主任的建議下,沃森才轉而從事遺傳學研究.當時大遺傳學家赫爾曼·繆勒（Hermann Muller）恰好正在印第安那大學任教授,沃森不僅上過繆勒關於「突變和基因」的課（分數得A）,而且考慮過要當他的研究生.但覺得繆勒研究的果蠅在遺傳學上已過了輝煌時期,才改拜研究噬菌體遺傳的薩爾瓦多·盧里亞（Salvador Luria）爲師.但是,繆勒關於遺傳物質必須具有自催化、異催化和突變三重性的觀念,想必對沃森有深刻的影響.正是因爲沃森和克里克堅信DNA是遺傳物質,並且理解遺傳物質應該有什麼樣的特性,才能根據如此少的數據,做出如此重大的發現.
他們根據的數據僅有三條：第一條是當時已廣爲人知的,即DNA由6種小分子組成：脫氧核糖,磷酸和4種鹼基（A、G、T、C）,由這些小分子組成了4種核苷酸,這4種核苷酸組成了DNA.第二條證據是最新的,弗蘭克林得到的衍射照片表明,DNA是由兩條長鏈組成的雙螺旋,寬度爲20埃.第三條證據是最爲關鍵的.美國生物化學家埃爾文·查戈夫（Erwin Chargaff）測定DNA的分子組成,發現DNA中的4種鹼基的含量並不是傳統認爲的等量的,雖然在不同物種中4種鹼基的含量不同,但是A和T的含量總是相等,G和C的含量也相等.
查加夫早在1950年就已發布了這個重要結果,但奇怪的是,研究DNA分子結構的這三個實驗室都將它忽略了.甚至在查加夫1951年春天親訪劍橋,與沃森和克里克見面後,沃森和克里克對他的結果也不加重視.在沃森和克里克終於意識到查加夫比值的重要性,並請劍橋的青年數學家約翰·格里菲斯（John Griffith）計算出A吸引T,G吸引C,A＋T的寬度與G＋C的寬度相等之後,很快就拼湊出了DNA分子的正確模型.
沃森和克里克在1953年4月25日的《自然》雜誌上以1000多字和一幅插圖的短文公布了他們的發現.在論文中,沃森和克里克以謙遜的筆調,暗示了這個結構模型在遺傳上的重要性：「我們並非沒有注意到,我們所推測的特殊配對立即暗示了遺傳物質的複製機理.」在隨後發表的論文中,沃森和克里克詳細地說明了DNA雙螺旋模型對遺傳學研究的重大意義：一、它能夠說明遺傳物質的自我複製.這個「半保留複製」的設想後來被馬修·麥賽爾遜（Matthew Meselson）和富蘭克林·斯塔勒（Franklin W.Stahl）用同位素追蹤實驗證實.二、它能夠說明遺傳物質是如何攜帶遺傳信息的.三、它能夠說明基因是如何突變的.基因突變是由於鹼基序列發生了變化,這樣的變化可以通過複製而得到保留.
但是遺傳物質的第四個特徵,即遺傳信息怎樣得到表達以控制細胞活動呢?這個模型無法解釋,沃森和克里克當時也公開承認他們不知道DNA如何能「對細胞有高度特殊的作用」.不過,這時,基因的主要功能是控制蛋白質的合成,這種觀點已成爲一個共識.那麼基因又是如何控制蛋白質的合成呢?有沒有可能以DNA爲模板,直接在DNA上面將胺基酸連接成蛋白質?在沃森和克里克提出DNA雙螺旋模型後的一段時間內,即有人如此假設,認爲DNA結構中,在不同的鹼基對之間形成形狀不同的「窟窿」,不同的胺基酸插在這些窟窿中,就能連成特定序列的蛋白質.但是這個假說,面臨著一大難題：染色體DNA存在於細胞核中,而絕大多數蛋白質都在細胞質中,細胞核和細胞質由大分子無法通過的核膜隔離開,如果由DNA直接合成蛋白質,蛋白質無法跑到細胞質.另一類核酸RNA倒是主要存在於細胞質中.RNA和DNA的成分很相似,只有兩點不同,它有核糖而沒有脫氧核糖,有尿嘧啶（U）而沒有胸腺嘧啶（T）.早在1952年,在提出DNA雙螺旋模型之前,沃森就已設想遺傳信息的傳遞途徑是由DNA傳到RNA,再由RNA傳到蛋白質.在1953～1954年間,沃森進一步思考了這個問題.他認爲在基因表達時,DNA從細胞核轉移到了細胞質,其脫氧核糖轉變成核糖,變成了雙鏈RNA,然後再以鹼基對之間的窟窿爲模板合成蛋白質.這個過於離奇的設想在提交發表之前被克里克否決了.克里克指出,DNA和RNA本身都不可能直接充當連接胺基酸的模板.遺傳信息僅僅體現在DNA的鹼基序列上,還需要一種連接物將鹼基序列和胺基酸連接起來.這個「連接物假說」,很快就被實驗證實了.
1958年,克里克提出了兩個學說,奠定了分子遺傳學的理論基礎.第一個學說是「序列假說」,它認爲一段核酸的特殊性完全由它的鹼基序列所決定,鹼基序列編碼一個特定蛋白質的胺基酸序列,蛋白質的胺基酸序列決定了蛋白質的三維結構.第二個學說是「中心法則」,遺傳信息只能從核酸傳遞給核酸,或核酸傳遞給蛋白質,而不能從蛋白質傳遞給蛋白質,或從蛋白質傳回核酸.沃森後來把中心法則更明確地表示爲遺傳信息只能從DNA傳到RNA,再由RNA傳到蛋白質,以致在1970年發現了病毒中存在由RNA合成DNA的反轉錄現象後,人們都說中心法則需要修正,要加一條遺傳信息也能從RNA傳到DNA.事實上,根據克里克原來的說法,中心法則並無修正的必要.
鹼基序列是如何編碼胺基酸的呢?克里克在這個破譯這個遺傳密碼的問題上也做出了重大的貢獻.組成蛋白質的胺基酸有20種,而鹼基只有4種,顯然,不可能由1個鹼基編碼1個胺基酸.如果由2個鹼基編碼1個胺基酸,只有16種（4的2次方）組合,也還不夠.因此,至少由3個鹼基編碼1個胺基酸,共有64種組合,才能滿足需要.1961年,克里克等人在噬菌體T4中用遺傳學方法證明了蛋白質中1個胺基酸的順序是由3個鹼基編碼的（稱爲1個密碼子）.同一年,兩位美國分子遺傳學家馬歇爾·尼倫伯格（Marshall Nirenberg）和約翰·馬特哈伊（John Matthaei）破解了第一個密碼子.到1966年,全部64個密碼子（包括3個合成終止信號）被鑑定出來.作爲所有生物來自同一個祖先的證據之一,密碼子在所有生物中都是基本相同的.人類從此有了一張破解遺傳奧祕的密碼錶.
DNA雙螺旋模型（包括中心法則）的發現,是20世紀最爲重大的科學發現之一,也是生物學歷史上惟一可與達爾文進化論相比的最重大的發現,它與自然選擇一起,統一了生物學的大概念,標誌著分子遺傳學的誕生.這門綜合了遺傳學、生物化學、生物物理和信息學,主宰了生物學所有學科研究的新生學科的誕生,是許多人共同奮鬥的結果,而克里克、威爾金斯、弗蘭克林和沃森,特別是克里克,就是其中最爲傑出的英雄.
克里克
弗朗西斯·哈里·康普頓·克里克（Francis Harry Compton Crick 1916.6.8——2004.7.28）
生於英格蘭中南部一個郡的首府北安普敦.小時酷愛物理學.1934年中學畢業後,他考入倫敦大學物理系,3年後大學畢業,隨即攻讀博士學位.然而,1939年爆發的第二次世界大戰中斷了他的學業,他進入海軍部門研究魚雷,也沒有什麼成就.待戰爭結束,步入"而立之年"的克里克在事業上仍一事無成.1950年,也就是他34歲時考入劍橋大學物理系攻讀研究生學位,想在著名的卡文迪什實驗室研究基本粒子.
這時,克里克讀到著名物理學家薛丁格的一本書《生命是什麼》,書中預言一個生物學研究的新紀元即將開始,並指出生物問題最終要靠物理學和化學去說明,而且很可能從生物學研究中發現新的物理學定律.克里克深信自己的物理學知識有助於生物學的研究,但化學知識缺乏,於是開始發憤攻讀有機化學、X射線衍射理論和技術,準備探索蛋白質結構問題.
1951年,美國一位23歲的生物學博士沃森來到卡文迪什實驗室,他也受到薛丁格《生命是什麼》的影響.克里克同他一見如故,開始了對遺傳物質脫氧核糖核酸DNA分子結構的合作研究.他們雖然性格相左,但在事業上志同道合.沃森生物學基礎紮實,訓練有素；克里克則憑藉物理學優勢,又不受傳統生物學觀念束縛,常以一種全新的視角思考問題.他們二人優勢互補,取長補短,並善予吸收和借鑑當時也在研究DNA分子結構的鮑林、威爾金斯和弗蘭克林等人的成果,結果經不足兩年時間的努力便完成了DNA分子的雙螺旋結構模型.而且,克里克以其深邃的科學洞察力,不顧沃森的猶豫態度,堅持在他們合作的第一篇論文中加上「DNA的特定配對原則,立即使人聯想到遺傳物質可能有的複製機制」這句話,使他們不僅發現了DNA的分子結構,而且叢結構與功能的角度作出了解釋.
1962年,46歲的克里克同沃森、威爾金斯一道榮獲諾貝爾生物學或醫學獎.
後來,克里克又單獨首次提出蛋白質合成的中心法則,即遺傳密碼的走向是：DNA→RNA→蛋白質.他在遺傳密碼的比例和翻譯機制的研究方面也做出了貢獻.1977年,克里克離開了劍橋,前往加州聖地亞哥的索爾克研究院擔任教授.
2004年7月28日深夜,弗朗西斯·克里克在與結腸癌進行了長時間的搏鬥之後,在加州聖地亞哥的桑頓醫院裡逝世,享年88歲