乔治·伽莫夫寄出的繁多信件之一。正在这封1953年11月写给莱纳斯·鲍林的信中,伽莫夫评释了他的遗传暗号“菱形”模子。
1953年3月19日,双螺旋模子完成的两周后,弗朗西斯·克里克给他正正在上投宿学校的12岁儿子迈克尔写了一封信。克里克告诉迈克尔我方呈现了什么,并附上了一幅DNA(Deoxyribonucleic acid,脱氧核糖核酸)构造的简笔画。接下来,他评释了双螺旋的紧张意思:
它就像一段暗号。要是你有了一组字母,就能够写下其余的部门。现正在咱们以为,DNA即是一段暗号。也即是说,碱基(字母)的序次让一个基因分别于另一个(正如一页纸上印刷的字分别于另一页)。
尽量碱基序列也许是遗传特异性的原因这个见解的变成和流传已有光阴,但这照旧第一次有人说DNA含有暗号,而克里克的儿子则是第一个读到它的人。2013年,这封信正在一场拍卖会上以600万美元成交。
正在1953年5月30日与沃森团结揭橥正在《天然》杂志上的第二篇论文中,克里克更进了一步。和他们揭橥的第一篇论文相通,这篇论文齐备没罕有据—只是纯粹讲表面。正如论文的题目评释的那样,其主意是研究“脱氧核糖核酸的构造正在遗传上的寓意”。论文单刀直入地指出,DNA是“领导染色体一部门(要是不是一切的话)遗传特异性的物质,由此便领导着基因自己”。4月揭橥的那三篇合于DNA的论文里都没有这种“宏观视野”,它们都只涉及这种分子的构造化学,而非其性能,除了那句欲语还歇的结语“咱们没有疏漏……”。正在他们的第二篇论文中,沃森和克里克将大部门篇幅用于开展阐述这种斗胆的见解。他们描绘了正在基因复造的进程中,双螺旋能够怎么解旋,每条链区别动作修建一个新分子的模板,提拔两条相仿的子代双螺旋。
这些辩论当中有一段半吐半吞的话,一段险些是心不在焉的评述,它与克里克写给儿子的信中所用的术语相照应,但又将它们扩展到了一个壮阔得多的观念,并将生物学推入了今世之门:
咱们模子中的磷酸—脱氧核糖骨架齐备是章程的,但任何成对碱基的序列都能被置于这个构造当中。由此能够得知,正在一个长分子里,也许存正在许多分此表排序。是以,类似碱基的切确序列即是领导遗传新闻的暗号。
除了埃弗吕西和沃森7周前写给《天然》杂志的那封欠可笑的恶搞信,这是第一次有人将基因的实质描绘为一种新闻。没人明确“遗传新闻”这个词从何而来—遵循沃森的记忆,论文初稿的大部门都是克里克正在4月底不到一周的时刻里写成的,其方式和实质都更逼近克里克而非沃森的风致。鉴于“新闻”这个词越来越多地呈现正在诸多学科的科研论文中,以及公家对通讯道理和掌管论的兴会,这个念法也许只是动作时间风潮的一部门,天然而然地浮现正在了克里克的脑海里。没有证据说明克里克或者沃森读过香农或者维纳的书,也没有证据说明克里克和沃森用这个术语是正在指涉香农和维纳的数学思念。和“暗号”这个词相通,“新闻”类似是被用作了一种极其形势的比喻,而不是一个精准的表面构架。
过去,科学家也曾论及遗传特异性,但跟着DNA序列包罗“承载遗传新闻的暗号”这一见解的引入,一整套观念性的新词汇呈现了。基因不再是特异性的奥秘化身,它们是新闻—一段暗号—能够被传输(另一个源自电子时间的词汇)。而此中的中心假说是,暗号由一系列字母—A、T、C和G组成。这种暗号结果怎么阐发效用,它也许表征什么,这些题目此时都还没有被阐明。然而,这个克里克和沃森如许心不在焉地运用的词,改动了科学家们讨论和忖量基因的格式。最终,正在这套新词汇的帮帮下,基因与电子通讯和管束之间得以设立起一种新的类比。
正在当时,这些都不是显而易见的。这篇作品发不揭橥,沃森并不是很挂怀,他正在5月对德尔布吕克如许评释道:
威尔金斯也不是很伤风。他其跋文忆道:“但弗朗西斯和吉姆的少少恩人感应第二篇论文有些‘过了’。”这些恩人就蕴涵威尔金斯自己。尽量存正在这些疑难,克里克的念法照旧有其好处的,它明晰了双螺旋的两大革命性寓意:碱基互补配对评释了基因怎么复造,而碱基序列则评释了遗传特异性从何而来。要是准确,这将是两项为生物学带来革命的假说。
克里克领会到,双螺旋的呈现与薛定谔10年前的思念存正在联络。1953年8月12日,他将揭橥正在《天然》杂志上的那两篇论文给薛定谔寄去了一份,并附上了一封短信:
沃森和我已经聊过咱们是若何进入分子生物学这个范畴的,咱们呈现,咱们都收到了您的幼书《人命是什么?》的影响。
咱们感应您可能会对信封里的论文复印件感兴会—您会看到,论文类似说明,您的“非周期性晶体”这个说法是一个十分稳当的词。
1953年7月,沃森和克里克收到了一封从美国寄来的离奇信件。这封信用斗大的字写正在密歇根大学学生会的昂首信纸上,涂涂改改,错字满篇,看起来像是一个怪人写的。本相上,写信的人是俄裔宇宙学家乔治·伽莫夫。他是马克斯·德尔布吕克的知交,已经主办过1946年的“人命体的物理学”集会。固然是一名核物理学专家,但伽莫夫没能通过曼哈顿打算的平和审查,齐备没有插足的研发。美国联国侦察局正在战后络续看守着伽莫夫,迟至1957年还曾找过他面叙,但从未呈现任何对他晦气的证据。
伽莫夫是一个50岁的怪人,嗜好喝威士忌,业余写少少科普书,这些书环绕着一个名叫汤普金斯先生的平淡人物脚色开展。正在这封离奇的信里,伽莫夫紧紧环绕沃森和克里克碱基序列含有“暗号”的这个说法,斗胆地试图破解这种暗号。伽莫夫的起点是,每私人命体都能够被“一个长长的数字”所界说,这个数字与DNA序列中地位的数目相对应。随后,他摒弃了经典遗传学几十年来那些说明基因处正在染色体上确定地位的琢磨。他以为,与此相反,基因“由一切数字的分别数学特点决断”才显得更适当逻辑。为了极力把我方的见解阐释分明,伽莫夫正在信中——自始自终地尽是错别字——写道:
要是一种动物DNA链上的腺嘌呤后面老是随着胞嘧啶,那么这种动物即是猫,而腓(鲱)鱼的特点是鸟嘌呤忠(总)是沿着链成对呈现……这会开启一种很居心绪,基于组何(合)数学和数论的表面琢磨的也许!
伽莫夫说,他秋天时会去英格兰,并问他们能不行晤面。沃森和克里克都正在计算脱离剑桥,找寻各自的职业起色—沃森要去帕萨迪纳,而克里克一朝告终相合血红卵白构造的博士学位琢磨,就将赶赴布鲁克林理工学院。以是两私人直接渺视了伽莫夫的信。或者说,他们没有回信。克里克并没有渺视它:伽莫夫一经给他根植了一个挥之不去的念法。
伽莫夫没有随便放弃。接下来的两个月里,他理顺了我方相合遗传暗号的见解,并正在10月给《天然》杂志寄去了一篇幼随笔,这篇论文最终究次年2月揭橥。他还实验正在《美国科学院院刊》揭橥一篇相合这一课题的论文,比《天然》上的那一篇更长,合伙作家是他笔下的捏造人物汤普金斯先生。但《美国科学院院刊》的编纂识破了这个打趣,并且并不感应这好玩,于是伽莫夫又把汤普金斯的名字删去,把论文寄到了丹麦皇家科学院。伽莫夫正在论文中研究了DNA暗号与卵白质之间的联络。他指出,此中的中心题目是基因中的四位数(four-digit)的“数字”(A、C、T和G)是怎么被翻译成一个卵白质中的氨基酸“字母表”的。
伽莫夫的解答很奇妙,与考德威尔和欣谢尔伍德三年前揭橥的模板见解大同幼异。伽莫夫先是假设卵白质是直接正在DNA分子上合成的,如许碱基跟着DNA分子的改变而变成的样式就会阐发某种模板的效用,让氨基酸正在上面陈设。因为DNA的螺旋样式,两排碱基之间会有一个菱形的“洞”,这个菱形各条边上的4个碱基便由此组成了暗号。
伽莫夫指出,也许存正在20种分此表“洞”,并接着写道:“能够顺理成章地将这些‘洞’与人命体必定的20种分此表氨基酸合系起来。”伽莫夫以至提出了一个能够磨练他的模子的预言:因为每个碱基都正在决断不止一个氨基酸的“洞”的样式时起效用,以是“既然相邻的两个洞有两个共用的核苷酸,那么卵白质分子中相邻的两个氨基酸必然存正在必定的合系”。伽莫夫将暗号作为一个数知识题,而不是生物知识题来管束,开启了学界多年间对遗传暗号本色的猜度。他还犯了物理学家的类型缺点,以为人命体系是按照美好、适当逻辑、能够通过数学方法阐释的原则来计划的。本相上,它们都是史籍的产品,背负着过往演化的包袱,齐备不是被计划出来的。它们往往远没有什么逻辑,平常也并不美好,只须有用就够了。
伽莫夫给克里克寄了一份他的论文。最终,两私人于1953年12月正在布鲁克林见了面。与克里克统一个办公室的同事维托里奥·卢扎蒂(Vittorio Luzzati)其跋文忆道:
那一幕太优美了。这两个元气心灵繁荣的男人不绝地研究,论述我方的见解,含辛茹苦地深远探究遗传暗号的话题,管束了一个又一个题目,聊至振起时,他们嗓门一提,就会嚷起来。
克里克并不信服伽莫夫的见解—最初,他不以为卵白质的合成像伽莫夫假设的那样爆发正在DNA分子上。现正在民多都明确,DNA呈现正在细胞核里,是染色体的一部门,而RNA则游离于细胞中,卵白质合成是正在RNA长举办的。克里克和沃森秉承了卡斯佩松、布拉谢、布瓦万、旺德雷利和唐斯的见解,以为RNA阐发着基因与卵白质之间的引子效用。这即是DNA→RNA→卵白质这条公式的寓意。菱形暗号从一起先就错了。
但伽莫夫触及了一个环节且引人遐念的题目:自然存正在的氨基酸数目(20种)与A、C、T、G这4种碱基也许变成的暗号的组合数之间的潜正在合系。伽莫夫随即认识到,要是暗号是由两个字母的“单词”(AA、AT、AC、AG等等)组成的,那么就会有16种也许的组合—亏损认为每一种分此表氨基酸供给一个对应的“单词”。可要是暗号由3个字母组成(AAA、AAT、AAC等等),那么就会有64种也许的组合—又过剩了。
克里克口中的“魔幻二十”成了权衡完全也许存正在的暗号的法规。所谓的“编码题目”起先有了一丝数字命理学的滋味—民多构念起色着编码的计划,标的悠久是拿出20种也许的组合,以便与20种广泛存正在的氨基酸相对应。对付DNA上的碱基序列与氨基酸序列间的合联,克里克和沃森此前并没有念过太多—他们更多是着眼于双螺旋怎么正在基因复造时解旋的题目。他们以为DNA的序列是“承载遗传新闻的暗号”,但并没有做超越这一根本见解的忖量。正如沃森正在1953年炎天的冷泉港测验室集会上说的那样,他和克里克无法评释基因是怎么掌管细胞的行为的。伽莫夫的介入让编码的题目成了每私人优先忖量的对象。对克里克而言,它盘踞了他随后15年人生中很紧张的一部门。
正在致信沃森和克里克后的几个月里,伽莫夫构造了几次非正式辩论,插足者有生物学家,以及一幼群物理学家和数学家—蕴涵爱德华·特勒(Edward Teller,“氢弹之父”)和异日的诺贝尔奖得主迪克·费曼(Dick Feynman)a—他们是被伽莫夫那富足熏染力的激情,以及穿插着笑话、吐槽和漫画的巧言令色的知照函吸引来的。伽莫夫花了些时刻正在各大测验室之间流窜,将他那些略带疯癫的信写正在客栈或者铁道公司的昂首信纸上,把回信所在搞得像婚礼上的碎彩纸相通各处着花。伽莫夫是个异乎寻常的人—他身高深过6英尺,嗜好烈酒、开打趣、魔术戏法和泡妞,措辞带着深厚的俄语口音,频频很从邡懂。跟他相处是件挺累的事。1955年2月,沃森给克里克写信说:“伽莫夫正在我这儿4天了。很折腾人,我又不是靠喝威士忌度日的。”克里克则记忆道:
他即是大伙儿说的那种适合搭伴的人,这即是伽莫夫。我不太念说他是一个幼丑,只是—对,有点儿谁人道理,但你需求尽量往好的偏向念。只须晚饭时刻跟伽莫夫一齐过,,又会有“笑子”了。但你明确吗,正在通盘这些的背后,照旧有点儿东西的。
一聊到编码,伽莫夫便难以自拔。只须一个构念正在确凿的化学本相眼前碰了壁,他随即就会拿出另一个。是以,当他基于DNA的菱形模子光鲜失掉了准确的远景后,他又不畏艰苦地转而忖量起了RNA的编码。这种分子跟菱形模子不太配套—它的切确构造尚不分明,但很也许是某种单螺旋,那么这就意味着伽莫夫最初的构念行欠亨。
1954年3月,伽莫夫和沃森灵光一闪,发生了组筑一个非正式琢磨集体的念法。正在这里,极少数的少少科学家—数量又是20—能够海说神聊地辩论相合编码题主意见解。这个齐备由滑稽幽默的男性科学家构成的集体被称为“RNA领带俱笑部”,名字原因于发给每私人的绣着RNA分子单螺旋的手工刺绣领带。每个成员都被给予了一个名字,对应于20种氨基酸中的一种,还发了一个金质的幼领带夹,上面有持有人的氨基酸三字母缩写(以是伽莫夫即是ALA,流露丙氨酸;克里克是TYR,流露酪氨酸;等等)。“俱笑部”的成员们从未真正地全员会齐过,但他们会一幼群一幼群地聚正在一齐饮酒闲扯,伽莫夫往往正在此中饰演领头人的脚色。俱笑部最优秀的特色是准许成员们给出半成型的念法,不会有揭橥论文或者正在学术集会上正式请示的那种压力—克里克其后把它类比于学术念法正在现正在的科学家集体中通过转发的电子邮件得以流传的动作。读着撒播于天下各地的RNA领带俱笑部成员间慢腾腾来去的信件—有时要好几天赋能寄到,有的通讯人以至正在地球的另一边—你没法确定他们倘使有了今世电子通讯的便捷,是会受益照旧受害。正在这种状况下,邮件的来去会速得多,但通讯人用来忖量和起色我方念法的时刻就少了。
20世纪50年代的 RNA 领带俱笑部。从左至右:弗朗西斯·克里克、亚历山大·里奇、莱斯利·奥格尔、吉姆·沃森,1955 年。奥格尔看上去没随着他们玩——他没有系我方的RNA领带俱笑部领带。
超越一半的RNA领带俱笑部的成员是物理学家、化学家或者数学家,但他们都没有涉足过数学与生物学的两个首要交叉点—掌管论和此时一经有了名字,被称为新闻表面的范畴。固然伽莫夫正在1956年确实加入了一场相合生物学中的新闻表面的集会,但除了冯·诺伊曼除表,他并没有与琢磨掌管论或者新闻表面的科学家有过任何本质性的直接来去。
正在琢磨遗传暗号的这个阶段中,伽莫夫的脚色是涤讪性的。通过将一群形形的人聚到一齐,他为这个项目给予了形体—本相上,恰是他使之成为一个项目。RNA领带俱笑部的成员亚历山大·里奇(Alexander Rich)其跋文忆道:
(作家马修·科布Matthew Cobb是英国曼彻斯特大学动物学教导、神经科学家、科学作者,出书过多部科学史题材的作品。2021年,英国最具影响力的遗传学学术构造英国遗传学会将该年度的霍尔丹奖(JBS Haldane Lecture Award)授予科布,以称誉他正在向公家普及遗传学方面的彪炳进献。)
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