陳文盛

DNA的結(jié)構(gòu)以及它所揭發(fā)的生命密碼系統(tǒng)，是20世紀(jì)生物學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)。它不但詮釋了生命演化及遺傳的基本原理，更改變了我們對(duì)生命的基本概念，并且為人類打開(kāi)了一扇主宰未來(lái)進(jìn)化的大門。然而，生命密碼的發(fā)現(xiàn)也引出了一個(gè)難以解答的問(wèn)題，那就是：它是如何出現(xiàn)的？

掀開(kāi)遺傳因子的面紗

當(dāng)我們提起DNA研究的輝煌成果，多數(shù)人立刻想到華生與克立克的雙螺旋模型。實(shí)際上，DNA研究的輝煌成果背后還有很多默默的英雄。第一位英雄，瑞士的科赫在1878年前首次發(fā)現(xiàn)DNA這種化合物。后來(lái)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)所有的細(xì)胞中都有DNA，而且是在細(xì)胞核里面。另一方面，比科赫稍早幾年，遺傳學(xué)祖師門德?tīng)枺舶l(fā)現(xiàn)生物的各種特征由一種遺傳因子所主宰。20世紀(jì)初期的遺傳學(xué)家比德?tīng)柵c泰特姆發(fā)現(xiàn)，每一個(gè)基因主宰一種蛋白質(zhì)的合成，而每一種蛋白質(zhì)在細(xì)胞中擔(dān)當(dāng)不同的結(jié)構(gòu)或功能。生物體的變異是由蛋白質(zhì)變異造成的，而蛋白質(zhì)的變異則是源自基因的突變。但是，基因是什么呢？它們顯然存在于細(xì)胞核中的染色體上。生化學(xué)家知道，染色體的成分是蛋白質(zhì)和DNA?；虻降资堑鞍踪|(zhì)或者是DNA，還是其他東西呢？

細(xì)胞中的蛋白質(zhì)無(wú)論種類、大小與結(jié)構(gòu)都變化萬(wàn)千。它的組成單位有20種之多。相較之下DNA就顯得單調(diào)多了，它的構(gòu)造單位只有4種含氮鹽基，而且除了這4種鹽基之外，別無(wú)他物。至于它的結(jié)構(gòu)如何，起初很少人關(guān)心，因?yàn)榇蟛糠值娜硕家詾榛蚴堑鞍踪|(zhì)構(gòu)成的。20世紀(jì)中期，新的研究結(jié)果才讓科學(xué)家開(kāi)始有了DNA是基因的念頭，解開(kāi)DNA結(jié)構(gòu)之謎的競(jìng)賽才正式起步。但是，這個(gè)競(jìng)賽可以說(shuō)才剛開(kāi)始就結(jié)束了，因?yàn)镈AN的結(jié)構(gòu)很快就被兩個(gè)年輕人——23歲的華生和35歲的克立克——解出。構(gòu)成DNA的4種單位，以線狀的形式排列在兩條互相纏繞的雙螺旋鏈子上，非常規(guī)律和單調(diào)。但是DNA如果就是基因的話，它應(yīng)該是千變?nèi)f化的，怎么會(huì)是這樣單調(diào)的結(jié)構(gòu)呢？華生與克立克的DNA結(jié)構(gòu)提供了這個(gè)謎題的答案。原來(lái)基因的變化不是取決于DNA結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，而是取決于4個(gè)單位的排列組合。就好像26個(gè)字母就可以組成無(wú)數(shù)的英文單詞，幾種音符就可以編譜出無(wú)限的樂(lè)章一樣，DNA中的4個(gè)字母可以排列出所有的基因變化。

遺傳密碼

上面的答案只解決了一半的問(wèn)題，因?yàn)檫@樣含有4個(gè)單位的基因形式，怎么造成含有20種單位的蛋白質(zhì)呢？華生與克立克的DNA結(jié)構(gòu)無(wú)法提供這個(gè)答案，但是克立克和其他一些科學(xué)家提出“遺傳密碼”的說(shuō)法，認(rèn)為DNA中的ATGC排列順序是一種密碼，還必須再經(jīng)過(guò)一種翻譯的過(guò)程才能做出蛋白質(zhì)上的氨基酸序列碼。若要用四種核酸編寫(xiě)出20種氨基酸，則每個(gè)氨基酸一定要有2個(gè)或2個(gè)以上的核酸單位來(lái)編碼。這就像早期用在電報(bào)通信的“摩斯密碼”一樣，用不同組合的長(zhǎng)短聲編碼出26個(gè)英文字母。此后，克立克與他人的共同努力證明了他們的想法?；蛑姓娴牟刂艽a！也就是說(shuō)，DNA是一種“信息分子”。

經(jīng)過(guò)這半個(gè)世紀(jì)的研究后，現(xiàn)在我們了解了遺傳密碼基本上是如何操作的。我們也可以用化學(xué)及物理的角度來(lái)了解基因。門德?tīng)査枋龅倪z傳因子不外是一串密碼排列，突變只是這些密碼排列的改變，突變?cè)谧迦褐械倪z傳造成族群的演化，達(dá)爾文進(jìn)化論的原動(dòng)力就是來(lái)自DNA上堿基序列的變化。今日我們比較各種物種之間的DNA序列。就可以歸納出其親緣性的遠(yuǎn)近。親緣愈接近的物種的DNA序列就愈相似。DNA主宰基因，基因主宰生物體，這是地球上從人類到植物、到細(xì)菌病毒，所有的生物自古至今共同的宿命。 對(duì)DNA密碼的了解，讓我們發(fā)展出物理及化學(xué)的方法來(lái)改變它們。我們不但可以有計(jì)劃地改進(jìn)我們所應(yīng)用的生物品種，甚至可以改變我們自己，主宰我們未來(lái)演化的方向。這些可能性都來(lái)自遺傳密碼——編排在DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中的密碼。

DNA密碼系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)，還蘊(yùn)藏著一個(gè)演化的大謎題。這個(gè)謎題就是：這樣的密碼系統(tǒng)來(lái)自何處？細(xì)胞如何“學(xué)”會(huì)用密碼儲(chǔ)藏遺傳信息？用密碼儲(chǔ)存信息似乎是個(gè)抽象觀念，好像應(yīng)該是某種智慧的發(fā)明，不像是自然演化出來(lái)的產(chǎn)物。但是，所有的研究指出，地球上所有的生物都是來(lái)自，同一個(gè)起源，大家都具有同樣的遺傳物質(zhì)以及基本上相同的遺傳密碼。所以，這個(gè)遺傳系統(tǒng)應(yīng)該早就存在于40億年前那個(gè)共同祖先。這樣一個(gè)密碼系統(tǒng)如何在那原始世界出現(xiàn)、成形，是令現(xiàn)代演化學(xué)家傷透腦筋的大謎題，是一個(gè)關(guān)系到地球生物何來(lái)何去的基本問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

這個(gè)宇宙是個(gè)謎。DNA的密碼解開(kāi)了一個(gè)重要的謎題，同時(shí)也顯示出下面一個(gè)更接近基礎(chǔ)面的新謎題?，F(xiàn)在我們已經(jīng)了解到DNA這個(gè)信息分子的構(gòu)造及功能，下一個(gè)挑戰(zhàn)將是：“它從何而來(lái)？”