1953年，詹姆斯·杜威·沃森和弗朗西斯·克里克在《Nature》上发表了题为《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的结构》的文章，这篇只有一千余字、一幅插图、不到两页的短文轰动了整个世界。他们提出了DNA分子的双螺旋结构模型，对生物学科乃至整个人类发展产生了深远影响。那年，沃森23岁，克里克35岁。
为纪念这一重大发现六十周年，近日，原全国人大常委会副委员长、中国科学院院长路甬祥院士做客“中国科学与人文论坛”第146期，在国科大雁栖湖校区国际会议中心报告厅做了题为“从沃森—克里克发现DNA双螺旋分子结构说起”的报告。
发现DNA双螺旋结构
二十世纪四五十年代，世界上一些著名的科学家都在紧张地开展着DNA结构的研究工作。相比之下，“沃森跟克里克并不是生物化学和生物物理领域的专家，他们都很年轻，开始从事DNA分子结构研究仅仅一年半的时间，却取得了如此重大的科学成就，实在是科学史上罕见的，也是令人赞叹的。”路甬祥这样感慨道，并将发现DNA双螺旋结构的故事娓娓道来。
1951年，沃森在意大利的一次会议中，对DNA的X射线晶体衍射图产生了极大的兴趣。后来，在卡文迪什实验室，他遇见了志趣相投的克里克，两人一拍即合，决心探究生命的奥秘。当时大多数科学家认为蛋白质是遗传物质，可沃森和克里克意识到DNA更有可能是遗传物质，于是把探索DNA的分子结构作为研究目标。
了解遗传学前沿进展的沃森和熟悉X衍射晶体学的克里克，“他们之间的合作从现在看来，正好是揭示DNA结构功能的一个完美组合”，路甬祥说道。可对于当时科学界默默无闻的沃森和克里克，许多困难需要克服。“在这种比较困难的情况下，他们主要依据已经公开的知识、他们杰出的科学思维和科学方法进行研究。值得庆幸的是，沃森对生物学背景和对生物大分子结构有着独到的认知和了解，克里克的物理学背景使得他有比较扎实的X射线衍射分析的知识。二人能够很快理解当时所能得到的有关于DNA公开发表的资料，并能很快分析和研究X射线衍射照片以及各种实验的数据。”
当他们把三条链的DNA螺旋结构模型展示给伦敦国王大学的威尔金斯跟弗兰克林时，弗兰克林当时马上明确指出了该模型的缺陷，研究工作陷入了僵局。1953年，一张清晰的B型DNA晶体衍射照片让沃森豁然开朗，他意识到DNA是双螺旋的结构！他们向着这个方向努力，尝试了各种可能，可第二个双螺旋分子模型因错误地采用了碱基同配方式宣告失败。后来，沃森惊奇地发现DNA可能采用碱基互补配对的方式，这一次他们成功了。“这个模型完全符合DNA当时已知的物理和化学性状，而且可以完美解释DNA为什么是遗传信息的载体，还可以合理说明基因的复制和突变机制。”
“沃森和克里克被生命科学界一致誉为20世纪最有影响的科学家，DNA双螺旋分子模型开启了生命科学的新时代。而他们构建模型的过程也给了我们很多值得深思的启示”，路甬祥说道。正如克里克所言，“最值得称赞的是我们选对了问题并坚持不懈地为之奋斗。为了找到黄金，我们一路跌跌撞撞，总是犯错误，这是真的，但事实是我们仍在一直寻找黄金。”
不老的传奇——卡文迪什实验室
当时，在卡文迪什实验室，克里克从事着血红蛋白的X光衍射分析研究，而沃森的导师的研究也是关于蛋白质结构的。可他们两人更相信DNA是遗传物质，而非实验室所致力研究的蛋白质，他们迫切希望解读DNA的分子结构。“兴趣归兴趣，如果导师不允许他们做，实验室不让他们做，也是很困难的。可喜的是卡文迪什实验室和他们的导师尊重并支持了他们的选择，为他们开展研究、取得成功大开方便之门，这是他们成功的重要的前提条件。”路甬祥对卡文迪什实验室给予了高度的赞扬，并讲述了这个学术圣地的传奇历程。
卡文迪什实验室建于1871-1874年间，由当时的剑桥大学校长威廉·卡文迪什私人捐款兴建的。在鼎盛时期，“全世界二分之一的物理学发现都来自卡文迪什实验室”，创造了物理学上非凡的发现与创新史。近140年以来，卡文迪什一直被誉为科学的圣地，培养出近30名诺贝尔奖获得者。
创立之初，在实验室首任主任、著名理论物理学家麦克斯韦的主持下，卡文迪什实验室积极开展教学和科学研究，工作初具规模。1880年，近代声学理论的奠基人瑞利接任了实验室，建立了为后人所一直遵循的规章制度。1904年，瑞利成为卡文迪什实验室第一位诺贝尔奖获得者，并将全部诺贝尔奖金捐给卡文迪什实验室，以供扩建和添置仪器之用。
另一位诺贝尔物理学奖获得者J.J.汤姆逊是卡文迪什实验室的第三任主任，他为实验室的革新做出了巨大贡献。在此期间，实验室的研究成果堪称现代物理学中非凡成就的典范，并产生了九位诺贝尔奖获得者。同时，实验室向世界各地的物理领域人才抛出了橄榄枝，吸引了大批优秀的学者，并进一步发扬光大了实验室的良好学风。
但卡文迪什实验室的发展也不是一帆风顺的。二战结束后，国家将众多科研人员和经费转移至新建的国家实验室，使得卡文迪什实验室面临巨大的困难。当时的实验室主任布拉格，果断地将实验室从一个纯物理基础研究转向物理与天文、生物交叉等前沿领域，并吸纳不同学科背景的优秀科学家共同工作。出于对科学的执着，卡文迪什实验室的科学家们克服种种困难，在新开辟的两个学科领域中取得了辉煌成就，发现了类星体、脉冲星，发明了双天线射电干涉仪、综合孔径射电望远镜等，并确定了DNA双螺旋分子结构、血红蛋白分子结构等。
“卡文迪什实验室不仅产生了许多重要的科研成果，而且形成了追求卓越、倡导质疑的学术氛围和传统”，路甬祥讲道，“实验室的教师们都很有名望，但无论职位高低、资历深浅，每位实验室成员都享有充分的学术自由和独立思考的权利。”也正是这样，卡文迪什实验室吸引了沃森、克里克和一大批优秀人才，成就了不老的传奇。
中国科学事业何去何从
发现DNA双螺旋结构的故事和卡文迪什实验室的发展路径，对于个人成才、团体建设、学科发展乃至我国整个科学研究事业，都有很多值得深思的启示。路甬祥结合我国科研事业中存在的问题和发展状况，从以下五个方面进行了阐述。
首先，学科交叉融合和交流合作是孕育前沿突破的沃土和环境。沃森和克里克的工作体现了年轻的生物学家和物理学家在分子生物学领域的合作，而且他们的成果是在与威尔金斯、弗兰克林、鲍林和查尔加夫等人直接的交流或者借鉴他们实验成果的基础上取得的。审视国内的大学和研究所，路甬祥指出，“学科间分隔、人才和知识结构单一、信息不能共享、交流合作比较困难等现象普遍存在，资金问题仍未得到根本改变，制约我们创新潜力的发挥。”他认为解决这些问题应从体制机制、考核评价依据和方法上切实地进行改革。
其次，创新思维受到尊重，以及对认定的目标锲而不舍，是年轻人成功的根本原因。卡文迪什实验室和导师对于沃森和克里克的创新工作给予了尊重和支持，从而促成了这一重大发现。而沃森和克里克取得成功的根本原因在于他们满怀自信和激情、锲而不舍、紧密合作、不怕失败、求真唯实的精神。然而在我国一些研究单位讲究论资排辈，一些导师习惯于指定研究生的研究方向，不尊重、不支持青年人的兴趣，不重视青年人的创新思维和自主的选题。同时，一部分青年人缺乏自信心，乐享其成，盲目服从导师的安排，不善于独立思考和创新思维，碰到困难与挫折畏缩不前，有的甚至见异思迁。对此，路甬祥表示了担忧，他迫切希望导师和青年人能从沃森和克里克等人的成功事例得到启发。
第三，路甬祥认为实验证据和创新思维是突破科学前沿问题不可或缺的两个基本要素，应该得到充分的重视。“因为实验和观察，始终是自然科学研究的主要手段，也是检验一切科学假设、科学理论的唯一依据。”对于中国的教育模式，路甬祥认为有许多值得反思之处。“我们的教育应该要下决心从注重知识的灌输转变为更加注重学生创新能力的培育，着力培养学生的学习能力，创新思维能力，创新仪器和方法的能力，实验观察和分析综合的能力、开展交流合作的能力。”
第四点启示是科学永无止境，生物技术与产业前景无限。路甬祥说，当今人类已在基因图谱研究等生物科学领域取得了重大进展，但仍有许多问题亟待解决。路甬祥敦促我国科技工作者不应只满足于学习模仿欧美科学成果，要着力提升发现和提出重大前沿科学问题的自信和能力，勇于探索和开辟新的前沿领域与方向。路甬祥充分肯定了我国在科学研究上取得了优异的成绩，也期望中国能够出来更多原创性的科学成就和自主的科学观点。
第五，生命科学发展和生物技术创新，也可能带来安全风险和挑战，要给予生命安全充分的关注。他说：“发展生命科学和生物高技术产业，保障生物安全，事关我国的经济社会生态环境安全、可持续发展，事关人民的健康幸福，事关中华民族的伟大复兴。我们要积极支持生命科学基础研究与生物技术创新，完善相关法律法规和技术标准，积极而审慎、规范而有序地推广应用生物高新技术，做好有关的科学普及宣传工作，提升公众的科学认知，我们还要在确保信息透明、对称的基础上尊重最终用户的自主选择，并且接受公众的监督，这就是透明原则。”
路甬祥最后指出：“一个好的研究所，一个好的大学，最重要的还是要有科学思路，要有创新的战略选择。要积极地推动学科交叉，要鼓励青年人的创造创新，鼓励形成一个自由的、平等的学术氛围。”
（作者系国科大记者团）
