为什么说DNA分子双螺旋结构模型的诞生是生命科学中划时代的事件？
DNA双螺旋结构发现的科学意义
为什么DNA双螺旋的发现意义重大？沃森和克里克选择的DNA双螺旋正好抓住了生命科学物质基础中最关键的分子，产生了如此重大的意义。从这个角度看，如何抓住最重要的问题，是科学创新的关键。
李在平:为什么DNA双螺旋的发现意义重大？虽然科学中很多工作都是在某一点上完成的，但是选择这个点的意义是不一样的。沃森和克里克选择的DNA双螺旋正好抓住了生命科学物质基础中最关键的分子，产生了如此重大的意义。
50年来的发展越来越清楚地证明，研究生命科学，必须知道有生命的世界和无生命的物质世界的区别。这种差异主要在于，生命系统有两个特点，一个是遗传，一个是发展。植物和动物都可以从非常简单的系统如种子或胚胎发育成非常复杂的成体。DNA分子只是“肩负重任”，既负担遗传工作，又负担发育工作。根据沃森写的《双螺旋》这本书，他只是想掌握基因是如何携带信息的。我觉得他正好抓住了生命科学研究领域最重要的分子的结构，所以这个突破一旦取得，意义重大。然后由此衍生出的一些相继的科研成果，比如中枢法则、mRNA、遗传密码等一大堆成果，都获得了诺贝尔奖(这个领域的研究产生了几十个诺贝尔奖获得者)。为什么？因为他们抓住了最关键的东西。有一个有趣的采访，是沃森和克里克让DNA出名，而不是DNA让他们出名。因此，如何抓住最重要的问题是科学创新的关键。
赵:我同意李在平先生对沃森和克里克发现双螺旋的工作的评价。从遗传学的角度来说，其实遗传学到目前为止已经解决了三个问题:首先要解决的是为什么会遗传，上一代和下一代的相似度是多少？这是孟德尔和摩尔根解决的，是由当时孟德尔所说的“遗传因子”传递的，在1908中被定为“基因”。基因排列在染色体上，染色体可以分两次遗传给下一代。因为有传递遗传信息的基因，才会有瓜有瓜，才会有豆。这是孟德尔和摩尔根的主要贡献，即阐明了遗传信息应该通过基因传递。
探索什么是基因就引出了第二个问题。摩尔根预言基因是一种化学实体，一种有机分子，但当时他并不知道它是DNA。很清楚遗传物质是DNA，这第二个问题就解决了。沃森和克里克解决了DNA如何传递遗传信息的问题。一个基因之所以能传递遗传信息，是因为它是一条双链，这条双链上的四个碱基是互补的，这样一条母链就可以分成两条子链，每条子链都有和母链一样的信息。从遗传学的角度来说，以前是从杂交来的。如果一个性状发生了变化，说明基因发生了变化，这是从外表看出来的；知道了DNA是遗传物质，我们就可以分离DNA，克隆基因，在体外(通过表达)改变基因，看它们的功能(从内到外)有什么变化，这样就可以直接研究基因的功能，这就开辟了一条新的道路，不仅提高了我们对生命现象的认识，而且可以通过实验操作来验证。这是一件非常了不起的事情。
吴家瑞:我先从历史的角度讲一下DNA双螺旋发现的意义。我很赞同刚才赵老师和李老师说的，DNA双螺旋的发现其实是一种对统一性和简单性的追求，其中隐含着一种还原论的思想，也就是说，所有的系统，即使是像生命这样复杂的系统，都可以用最简单的物理定律来解释，或者反过来说，即使是最复杂的系统，也应该遵守最简单的定律。正是因为这种还原论，生物学的发展才随之而来，因为它基本上是一种实验室操作，把复杂的现象变成简单的现象来解释。
但是简化论今天也遇到了一些新的挑战。虽然我们可以把(复杂的生命现象)简化为一个简单的DNA分子，但是理解DNA双螺旋分子就意味着揭示生命现象吗？举个最简单的例子，癌症到现在都攻克不了。这是什么意思？意味着复杂的生命现象不能简单用还原论来解释。基因组的功能其实不是单个基因的行为，而是成千上万个基因作用的结果。在人类基因组中，只有2%到2.5%是基因编码序列，80%是其他非编码序列，那么这些与基因相关的序列是什么呢？光学DNA的双螺旋结构无法解释。再者，这2%里有成千上万的基因。这些基因之间有什么关系？用现有的生命科学知识很难给出完整的解释。
生物学和物理学融合互补的结果
未来，分子生物学要想再创辉煌，真正解开生命起源之谜，不仅有赖于生物学本身的新转变，还需要以生物学为基础的数学、物理、化学等学科的进一步进步，从而推动新世纪生物学的伟大革命。
沈？我是学物理的，又是教物理的，所以时不时会忍不住由衷的赞叹和赞美:好美，物理！其实，也许最美的是生命科学，因为它揭示了生命的本质和意义。就像DNA的双螺旋结构一样，具有明显的对称性，而且相当简洁，通过碱基的互补配对变得非常有规律。难怪沃森等人一造出这个模型就意识到“这么优雅漂亮的结构肯定是存在的”。从美学的观点来看，所有的学科也是相通的；美好的事物往往不会被扭曲。
在20世纪40年代和50年代，许多人都在探索DNA的结构。为什么沃森和克里克抢在他们前面？这两个人算得上是一对绝妙的互补搭配:沃森是热衷于用物理方法研究生命体分子结构的生物学家，克里克是热衷于探索生命体遗传机制的物理学家。幸运的是，许多科学家已经做了大量有效的前期工作，他们可以借鉴他人的经验，充分利用现有的成果。他们的强项可能是非常重视X射线技术及其检测结果，尤其是克里克，对这项技术相当熟练；基于对X射线衍射图的正确分析，可以灵活而果断地设定DNA的空间结构。对探测结果的洞察，加上丰富的想象力，自然比别人领先了一步。最重要的，我觉得是“时势造英雄”。当时生物学从实验到学科本身的发展已经到了试图在分子水平上揭示生命本质的阶段。物理学和化学的进步，从概念和原理到方法和实验手段，为深入研究生命物质准备了足够的条件。生物、物理、化学的结合势在必行，分子生物学即将破土动工。克里克和沃森作为两位潮流引领者登上了历史舞台。
最近几天，我重读了薛定谔的名著《什么是生命》，感觉薛定谔的一些观点有很深刻的含义。不说具体的观点，只说一个大概的结论。他说:“我们必须发现主宰生命物质的新物理定律”，这不过是量子理论原理的重复。分子生物学50年的发展历史恰恰证明了生物物质的运动和变化并不违反物理学的一些基本规律，而在描述生物物质的分子与分子内粒子的相互作用时，需要依靠量子力学的原理及其非线性展开形式。从长远来看，生命科学的深入研究必然会带来物理学的新突破。
未来，分子生物学要想创造更辉煌的成就，真正解开生命起源之谜，不仅有赖于生物学自身的新变革，还需要生物学所依托的数学、物理、化学等学科的进一步进步，以及以计算技术、信息技术等高新技术为研究工具的“上一层楼”，从而推动新世纪生物学的伟大革命。从这个宏伟的目标来说，应该说一些高校重视生物系的建设，加强非生物专业的生命科学基础知识的教学是极其必要的。
赵:我认为跨学科是非常重要的。双螺旋的发现是生命科学和物理学的典型结合。1931年，量子科学鼻祖尼尔斯·玻尔写了一篇文章《光与生命》。他提出，根据牛顿物理学的概念，世界万物在相同的条件下遵守相同的规律，所以生命科学也可以从物理学的角度来研究，而一旦用物理的方法来研究，生命科学一定会上升到一个更高的阶段。
他的学生德尔吕克开始研究噬菌体。他确定噬菌体是最简单的活物质。它没有其他生物那么复杂的遗传系统，但也可以复制。但是在噬菌体复制规律的研究中是否能发现以前没有发现的物理规律，所以他把研究的重点放在了噬菌体上。
德尔吕克后来在哈佛大学举办了一个关于噬菌体的研讨会，沃森是该研讨会的成员之一。在大学，他最初最喜欢的是鸟类学，后来在听了德尔布鲁克的工作坊后转向了生物化学领域的研究。此时，英国剑桥大学卡文迪许实验室用X射线衍射研究蛋白质和噬菌体。于是沃森到了剑桥，开始和克里克合作，用X射线衍射研究核酸。这两个人的合作可以看作是一个生物学家和一个x光晶体学家走到了一起。当时两人都接受了演讲“人生是什么？”薛定谔交付于1943。(后发表于1944)，其中薛定谔用物理概念解释了生命科学中的许多基本现象，如遗传密码的概念、染色体的非周期结构等等。可以说，双螺旋结构的发现，是物理学家长期介入，与生物学家一起真正参与研究的结果。现在斯坦福大学推行的Bio-X，其实就是这种良好氛围的延续。
我看到一篇报道，说斯坦福大学Bio-X的工作重心已经转移到本科和研究生课程上了。除了和在生物领域有很大成就的科学家一起讨论学习，更重要的是让Bio-X的思想真正渗透到学生的课程中。只有在生物学和其他学科之间打下坚实的基础，才能在未来有所成就和发展。
吴家瑞:其实现在是新一轮的交叉学科时代。自从DNA的双螺旋开启了这样一个分子生物学实验科学的时代，我们发现现有的工具已经不够用了，于是我们考虑能否从数学或者物理的新方法中找到我们需要的东西，重新与生命科学结合起来。如复旦的Bio-X沙龙，交大的Bio-X中心都是这种理念的体现。
赵:物理学的介入对生命科学非常重要。当时的物理学家想进入生命科学领域研究生物学有两个目的:一是想看看现有的物理规律是否能解释生命活动过程中的生命现象，二是想知道在生命科学中是否能发现一些至今不为人知的新的物理规律。所以他们以生物学为研究对象，回归物理学本身。但到目前为止，我的观点是没有发现新的物理规律。生命现象基本上是生命体的运动，生命体的基本成分与物理无机物相同。所以基本规律就是遵循现有的物理化学规律。
李在平:但另一方面，物理学家的思维方式和追求在生物学上取得了巨大的成功。为什么？因为物理学家努力追求最基本最简单的(物体)，那么生物学中有没有这样一个基本最简单的(物体)？在过去，生物学家的研究致力于寻找不同的东西。当发现一种细菌时，他们首先看它和其他细菌的区别。生物学家用这种方法思考问题的太多了，但很少有人从另一个角度追求同一点。对“简单”和“同一”的追求恰好是物理学家擅长的思维方法，所以我认为物理学家在这方面的介入是非常成功的。如果是在以前，谁能想到世界上有这么多复杂的生物，它们的遗传物质是DNA。例如，人类和噬菌体的遗传密码几乎相同。达尔文提出进化论的时候，有人问他为什么树和人有关系，达尔文答不上来。但是现在从遗传学的角度来看，树的遗传密码和人的遗传密码是一样的，所以人可以在植物中表达自己的基因，胰岛素也可以在细菌中表达，这就意味着生物界存在一个通用的遗传密码。这样一个简单的规律，把整个生物界变成了一个“大一统”，所以我觉得这种追求简单的思维模式取得了巨大的成功。
来自DNA双螺旋的启示
沃森和克里克确实很聪明，但他们的成功更多在于一种原创思维，这一点很重要。这种原创思维正是我们在教育中应该重视的。
从遗传学的角度来看，双螺旋模型解决了遗传信息如何传递的问题。其意义已经远远超出了基因的范畴，在整个生命科学中占有重要地位。
陈:沃森和克里克获奖后确实受到很多批评。例如，查加夫说他们的工作很棘手，但他们很幸运。应该说查加夫的碱基配对理论对双螺旋的工作很有启发。可想而知，查加夫为此在实验室度过了许多个日日夜夜，但从沃森在书中关于发现双螺旋的描述来看，他似乎并没有花太多时间在科研上。难怪后来很多人会对他们提出一些看法。对此，我认为一方面，沃森和克里克确实很聪明，但或许更重要的是，他们的成功在于一种原创思维，这一点很重要。这并不意味着你必须每天在实验室里研究出一个复杂的课题。这种原创思维正是我们在教育中应该重视的。记得看过《双螺旋》这本书，有一个情节让我印象深刻:有一次，查加夫问克里克他研究的碱基分子式是什么，克里克总是说写不出来。后来查加夫轻蔑地说，你连这个东西都写不出来，还想研究双螺旋。克里克不服气，认为这个分子式只要你回去查一下，每本教科书上都可以找到，没必要背。看到这里，我很感慨。在我们的教育中，学生要背的东西太多了。
赵:值得指出的是，这些重大发现的意义当时并不像现在这样清楚。以沃森和克里克的工作为例。他们的文章只有两页，而且发表在《自然》杂志上。都是很短很小的文章，当时在学术界也没有特别引起轰动。为什么？我举个例子:双螺旋模型是1953年提出的，诺贝尔奖是1962年获得的。每年从1953到1962，他们时隔9年才获得诺贝尔奖。从事血红蛋白和肌红蛋白研究的陈德鲁和佩鲁特获得了当年的化学奖。他们的文章发表在1960，获得了1962的诺贝尔奖。为什么？因为当时对蛋白质的作用的认识还是比较传统的。一开始很多人以为基因是蛋白质，包括摩尔根，后来证明是DNA。像这样具有重大意义的科学发现或伟大成就，在当时的学术界并没有引起那么大的关注和轰动；这件事给了我们一个启示，主要应该把时间留给评价一个基础研究的学术成果，让历史来做评价，而不是靠当时的炒作。很多所谓的重大成果，当时轰动一时，但一两年后就销声匿迹了。所以我的看法是，从遗传学的角度来看，双螺旋模型解决了遗传信息如何传递的问题。现在，它的意义已经远远超出了基因的范畴，在整个生命科学中占有重要地位。
结合沃森和克里克对双螺旋结构的发现和我国的情况，我认为至少要注意两点:一是重大基础理论研究的成果需要用历史和时间来总结和评价，这是最客观公正的。只要是真正有价值的作品，哪怕被埋没了很久，它的光芒最终还是会显现出来，不会像孟德尔的理论那样被埋没了35年。沃森和克里克也是如此；第二，基础研究方向的重大决策不要掺杂非学术的眼光，要广泛听取科学家的意见，做出正确的决策。
关注遗传伦理
“人”和“人”是有区别的。人是有尊严的，生活在社会中的人也有人格和隐私，但作为“人”，不涉及所谓的“尊严”问题。经典的进化论表明人类是由低等动物进化而来的。人和老鼠猴子在DNA上很像，这有什么丢人的吗？在讨论伦理学时，我们应该注意一些问题。
陈:关于发现双螺旋结构的意义，我不会详述它带来的所有积极影响，但我最近看到了一个现象。很多科普书都强调，我们所有的行为，包括情绪，都是由基因决定的。我们一直很推崇科学，我们认为科学家说的都有道理。这会不会导致“基因决定论”，产生一些负面影响？从西方的角度来看，他们总是有两种紧张关系。一种强调一切都要寻求一个最终的因(源)。延伸到生物学范畴的代表性观点是，我们所拥有的一切都是由基因决定的。许多生物学家都是这种想法的倡导者，包括社会生物学的先驱威尔逊。他们的观点是“这是一个基因决定一切的时代”。基因是否能决定一切已经跨越了生物学。
吴家瑞:生命是独特的，有其独特的价值。如果用物理或化学来解释，是不合适的。所以，在伦理争论的背后，隐藏着这个概念，不是能不能解释，而是我们愿不愿意用它来解释。西方普遍的观点是，把人当成机器，在这种情况下，人没有被贬值。因此，当我们用DNA双螺旋来解释它时，我们不得不考虑这个问题。当基因信息被泄露后，对人来说就没有价值了吗？另一方面，从商业的角度来看，基因信息泄露后，是否需要保密？比如我们都知道基因决定遗传病。如果一个人有遗传病，但是他的基因没有被保密，那么保险公司就会收集这些信息，只找那些没病或者只有小病的人加入保险，那么他们肯定只能赚钱。所以国外专门讨论过保险公司是否有收集基因信息的权利。当然，我们也可以从伦理的角度来看。就像刚才赵老师说的，人类基因组和老鼠基因组一样是对人的打击吗？这些问题会成为一个伦理问题。
赵:至于基因决定论，我同意基因是中心，这是真的。为什么？人和猴的基因组差别不大，但人的基因发育成人，猴的基因组发育成猴而不成人，人和老鼠也是如此。我和学生上课的时候，第一节课讲的是“基因型+环境=表型”，这是遗传学最基本的规律。基因型只决定与环境相互作用后产生什么样的表现型。举个基本的例子，农民种苹果，把“嗨”字贴在未成熟的红苹果上。当它们成熟时，他们把它们撕下来。在阳光下发光的一面是红色的，不在阳光下发光的地方是蓝色的。当然，青色部分和红色部分的基因型是一样的，只是环境不同。由此可见，虽然基因起着决定性的作用，但基因只有与环境相互作用后，才能决定最终的表型，出现特定的性状。
在伦理问题上，有人说基因组的研究影响了人的尊严。这里需要指出的是，人类和其他人不一样。人是有尊严的。生活在社会中的人是有个性和隐私的。但作为“人”，什么是“尊严”？经典的进化论表明人类是由低等动物进化而来的。人和老鼠猴子在DNA上很像，这有什么丢人的吗？在讨论伦理问题时，要注意一些问题，比如人是从什么时候开始被定义为“人”的。现在有三种意见。一种认为受精卵形成的那一刻就是一个人生命的开始，但体细胞不需要精卵结合或受精就可以克隆，所以这种说法是欠缺的；第二种观点认为，婴儿只有在母亲出生后才能被认为是人，所以胎儿在母亲肚子里的时候不被认为是人。有人反驳说，在这种情况下，堕胎不等于杀人。第三种说法是，英国议会一般采用怀孕14天以后的胚胎，但严格来说，胚胎植入后发育成三层胚层，具有发育成特定物种个体的“生物独立性”，它不可能发育成另一个个体，所以用怀孕14天以前的胚胎做实验不违法，以后再做就违法了。然而，我国的伦理学应该采用什么标准是一个非常棘手的问题。如果我们采用第一种或第三种说法，就会与计划生育相违背。如果采用第二种说法，应该取消对胚胎实验的一切限制(因为当时不是人类，不违法)，但是我们这里的伦理学家没有明确的立场，所以没有说服力。
未来生命科学的突破
人类基因组测序完成后，还有更重要的发现和更大的挑战等待着生命科学家。
在DNA双螺旋发现和人类基因组解码完成50周年的今天，我们也可以认为这一切并不意味着一门科学的终结。另一方面，我们现在正面临一个新的转折点。
吴家瑞:关于生命科学的未来发展，其实在今天，DNA的双螺旋导致了现在的人类基因组计划和所谓的后基因组时代。后基因组时代涉及一个大问题。就像刚才李先生说的，人类基因组测序之后，我们能否实现所谓的“破译生命的遗传信息”，其实是一个很大的挑战。这并不意味着人类基因组测序后只有一些修补工作。我觉得应该有。事实上，就我们目前对基因组的理解而言，已经有很多现象难以用现有知识解释。比如人和老鼠的基因组差异只有1%。为什么这么小的差异却显示出物种间如此巨大的差异？我曾经提出过一个观点，这种情况不是由它们基因组的差异造成的，而是由基因表达蛋白质过程中不同蛋白质之间相互作用的差异造成的。也许简单生物和蛋白质的相互作用是简单的，而复杂生物相对复杂。比如同样的10种蛋白质，在简单生物中可能只有5种相互作用，在高等生物中可能有20种相互作用。所以对我们来说，这些都是全新的挑战。
在未来生命科学发展的道路上，一定有很多根本性的、重要的东西等着我们去发现，就像20世纪初的物理学一样。本世纪初，物理学原本被认为只是零零碎碎的，但突然一场巨大的变革诞生了量子物理和相对论，彻底改变了人们对整个物理学和整个世界的看法。今天的生命科学也可能面临这样的关口，双螺旋衍生出来的成果可能会跳到另一个我们现在无法想象的全新境界。在DNA双螺旋发现和人类基因组解码完成50周年的今天，我们也可以认为这一切并不意味着一门科学的终结。另一方面，我们现在似乎找到了一个平台。如果说DNA双螺旋的发现为我们提供了一个广阔的领域和一个有利的工具，那么我们现在基本上已经使用了这个工具，这个领域已经发展的差不多了。我们必须进入一个新的领域。我想这就是我们。