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天下文化首頁 主題 DNA的誕生過程,有了「它」才能發現生命的多樣性
科學自然

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2019.10.03
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解密雙螺旋
半世紀不衰的超級科學經典. 1968年出版後,盤據《紐約時報》暢銷榜十六週,翻譯成二十多種語言賣出一...
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DNA的誕生過程,有了「它」才能發現生命的多樣性



圖片來源:pixabay

模型

星期一早上,跟肯德魯夫婦一起吃早餐時,我把DNA研究的最新進展告訴他們。 聽說我們幾乎勝券在握,肯德魯的太太伊莉莎白顯得很高興,肯德魯則是淡然處之。

當肯德魯發現克里克又有了靈感,而我除了滿腔熱忱、沒有什麼更具體的內容可回報時,他便只顧著看《泰晤士報》新上任保守黨政府的相關報導。

沒多久,肯德魯出門了,去彼得豪斯學院(Peterhouse)的辦公室,剩下伊莉莎白和我,琢磨這意外的好運意味著什麼。我沒待太久,因為我要快點回實驗室仔細檢視分子模型,從幾種可能的答案當中,盡快找出最有利的答案。

然而,克里克和我心知肚明,卡文迪西的模型恐怕不盡理想。這些模型是肯德魯在十八個月前打造的,用來研究多肽鏈的三維形狀。它們少了用來代表DNA特有原子群的精確模型,既沒有現成的磷原子,也沒有嘌呤和嘧啶鹼基。佩魯茲緊急訂製新材料也來不及了,我們只好快點臨時改裝。

製作全新的模型也許要花整整一個星期,但答案可能一、兩天就出來了。因此我一到實驗室,便開始在某些碳原子模型裡加一堆銅絲,把它們改造成較大的磷原子。

更難的是,我們必須製作用來表示無機離子的模型。不同於其他成分,無機離子無簡單規則可循,我們無法得知離子之間形成的化學鍵角。我們極有可能必須先知道正確的DNA結構,才做得出正確的模型。

不過我仍抱持希望,說不定克里克已經想出什麼妙計,等他一進實驗室,就會迫不及待告訴我們。離我們上次交談已經超過十八小時,而且他回到綠門之後,也不太可能會因為星期天的報紙而分心。

然而,他十點多進實驗室時,卻沒有帶來解答。星期天吃完晚餐後,他又把這道難題仔細琢磨一番,卻依然不得其解。於是他把問題擱在一邊,翻起一本描寫「劍橋教師私生活不檢點」的小說來。這本書有些地方寫得還不錯,甚至有些最匪夷所思的地方令人不禁要問,作者構思故事情節時,是否把哪個朋友的真實生活給寫進去了? 

儘管如此,早上喝咖啡時,克里克還是信心滿滿,認為現有的實驗數據或許已足以確認結果。我們根據幾種截然不同的證據著手進行,也許到最後會殊途同歸。只要專注於找出多核苷酸鏈最漂亮的摺疊方式,說不定整個問題就會水落石出。

因此當克里克繼續思考X射線圖的意義時,我開始將各種原子模型組裝成數條長鏈,每條鏈上都有好幾個核苷酸。雖然實際的DNA鏈很長,卻沒有必要組裝很長的模型,只要我們確定它是螺旋型,把幾個核苷酸的位置排好,自然會知道其他所有成分的排列方式。

不到下午一點,單調的組裝工作結束了,我和克里克走到老鷹酒吧,跟化學家古特弗倫德一起吃午餐。這幾天,肯德魯通常去彼得豪斯學院,佩魯茲則是騎自行車回家吃飯。

肯德魯的學生赫胥黎偶爾會加入我們,但近來他很受不了克里克的午餐攻勢,老愛打探消息。因為就在我來劍橋之前,赫胥黎決定要研究肌肉收縮的問題,這個意想不到的機會吸引了克里克的注意力,二十多年來,肌肉生理學家累積了大量資料,卻歸結不出完善的理論。

克里克發現,這是他一展身手的大好時機。他不必一一查出相關的實驗,因為赫胥黎已經爬梳過那些未經消化的材料。每次午餐後,他們就將資料解釋成理論,但這些理論通常只能維持一、兩天就被推翻。

一直到赫胥黎可以說服克里克,這理論有如直布羅陀巨岩般堅不可摧,而不是實驗誤差所致。現在赫胥黎的X射線照相機已架設完成,他希望快點得到實驗證據,以便解決有爭議的論點。萬一克里克神機妙算,料中他打算要找的東西,那就一點樂趣都沒有了。

但赫胥黎那天不用擔心會有新的一波鬥智攻勢了。當我們走進老鷹酒吧時,克里克一反常態,沒有大大咧咧的跟波斯經濟學家埃雪格打招呼,反而露出一副重頭戲就要上場的神情。

吃完午餐就要開始建構真正的模型,我們必須制定更具體的計畫,執行起來才會更有效率。所以我們一面吃醋栗餡餅,一面考慮單條、兩條、三條、四條鏈的優缺點,很快就排除單螺旋的可能性,因為不符合我們手邊的證據。

至於連結這些鏈的作用力,最佳猜測似乎是鹽橋中的二價陽離子(例如鎂離子),把兩個或更多的磷酸基連結在一起。不可否認,沒有證據顯示,富蘭克林的樣本含有任何二價離子,所以我們可能是伸長脖子、等著被宰。反過來說,也完全沒有任何證據可以推翻我們的直覺。

要是國王學院研究群考慮過模型就好了,他們就會想過存在哪一種鹽類,我們也不會在這裡傷腦筋了。但是,運氣好的話,把鎂或鈣離子加進糖—磷酸骨幹中,很快就能產生精巧的結構,這點是不會有爭議的。

不過,我們建構模型的開頭幾分鐘就不太好玩。我們用鉗子固定原子,使原子之間保持正確距離,可是笨手笨腳的,雖然才只有大約十五個原子,這些原子卻老是從鉗子上脫落。

更糟的是,一些最重要的原子之間的鍵角沒有明顯的限制,讓我們不安之感油然而生。這一點也不妙。鮑林破解α螺旋結構,憑的就是他知道肽鍵是平面的。

令我們為難的是,我們有充分理由相信,DNA中連結相鄰核苷酸的磷酸二酯鍵,可能存在各種不同的形狀。至少以我們的化學直覺眼光來看,好像沒有任何一種構造比其他的更漂亮。

【書籍資訊】
《解密雙螺旋》

解密雙螺旋

出版日期:2019.09.26

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