劉夕慶

當發(fā)現(xiàn)生命的秘密竟可以以如此簡潔優(yōu)美的形式—DNA的雙螺旋結構展現(xiàn)于世時，我們不禁為沃森和克里克于1953年在英國《自然》雜志上發(fā)表的分子生物學開山之作發(fā)出贊嘆。自此以后，DNA雙螺旋結構就成了自然生命的圖騰—現(xiàn)在，就讓我們回顧一下人類究竟是如何從各種視角對其進行描繪，以展現(xiàn)對生命敬畏的吧！

DNA原初“畫像”的誕生

DNA雙螺旋結構發(fā)現(xiàn)者的雙螺旋圖畫，記錄了DNA“雙螺旋”形象的誕生過程——下頁右上圖自左至右：克里克繪制的DNA雙螺旋結構草圖;克里克的夫人奧迪爾和沃森的妹妹伊麗莎白為沃森和克里克發(fā)表的文章所畫的插圖;沃森所著的《雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結構的故事》一書中的DNA“復制機制”圖。

在這幾張圖畫中，克里克繪制的DNA雙螺旋結構草圖藝術感最強——雙螺旋的結構已大體顯露，這體現(xiàn)了在科學原創(chuàng)的初始階段藝術想象力的重要作用;《自然》刊物上那幅簡潔的插圖將DNA“雙螺旋”形象公布于世，雖然以示意圖的形式出現(xiàn)，但雙螺旋本身所具有的扭曲動感彌補了圖畫藝術感的不足;沃森所著的《雙螺旋——發(fā)現(xiàn)DNA結構的故事》一書中描繪的DNA“分叉圖”揭示了DNA雙螺旋結構的“復制機制”，從而揭示了有機生命生長和遺傳的本質。

十分喜愛繪畫藝術的沃森曾與繪畫大師達利會過面，達利對DNA及其結構發(fā)現(xiàn)者們十分敬重甚至頂禮膜拜，曾多次創(chuàng)作有關DNA的畫作（本刊2016年第12期《當繪畫滲入生命元素》就展示過其中一幅）。在本期期刊中，達利則向我們描繪了由DNA可衍生出彩蝶等生物，甚至可演化出不可預知物種的畫面。

DNA生動有趣的漫畫形象

DNA雙螺旋結構不光是以嚴肅的分子生物學中生命圖騰的形式呈現(xiàn)，它那象征生命存活與靈動優(yōu)美的結構更使其成為漫畫描繪的對象，這在一定程度上實現(xiàn)了分子生物學的可視化科普。

《進化的天梯》描繪了早期猿類與人類共同的祖先隨著進化路徑的分叉攀上了不同的“基因天梯”，從而出現(xiàn)了類人猿與人類。人和黑猩猩的染色體在大小和數(shù)目上相似，但有一個顯著區(qū)別：人的2號染色體由黑猩猩的兩條染色體融合而成——染色體是存在于細胞核內、攜帶DNA遺傳信息的圓柱狀或桿狀物質，主要由蛋白質和核酸組成，一個人體細胞含有46條染色體。

薛定諤在《生命是什么》一書中揭示了生命的本質有賴于物理、化學組織的道理;捷克漫畫家米洛斯拉夫·巴爾塔克的漫畫反映了DNA有機大分子旋立于燒瓶中原子、分子的基礎之上，而用于醫(yī)療的藥物又依賴于此。

DNA“沉默突變”并不沉默

DNA是導致生命遺傳和變異的關鍵所在，在生物進化中的作用舉足輕重。如果DNA突變不會改變一個基因編碼的蛋白質結構，就稱為“沉默突變”。但事實遠比科學家想象的復雜，他們意外發(fā)現(xiàn)，“沉默突變”會對蛋白質結構產生非常重要的影響，它可能會通過一系列復雜的機制影響人體健康，甚至可能是導致人類疾病的重要因素;同時，傳統(tǒng)的由DNA突變引發(fā)的一系列因果關系還可能因此而改變。因此，“沉默突變”并不沉默。所以，我們只有深入探究基因的工作原理和進化機制才能發(fā)現(xiàn)疾病的成因，從而找到對抗病魔的方法。

從日本《基因到細胞》雜志封面（右）圖中被放大的部分可以看到，“雨絲”是由A、T、G、C4個字母連接而成。而它們分別是DNA分子的含氮堿基：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C），DNA雙螺旋結構就是由它們互補配對形成的。而這一結構的發(fā)現(xiàn)使得沃森、克里克等人獲得了1962年的諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

有時我們會發(fā)現(xiàn)一些本該沒有生命生長的地方（如石頭縫）卻長出了植物，而這要歸功于風雨、昆蟲、鳥類等，它們是種子傳播的有效媒介。日本《基因到細胞》雜志封面（左）圖描繪了一只鷹在鳥瞰大地，尋找合適筑巢地點的畫面，其實它是為了基因能代代相傳。由圖中放大部分可以看出它所銜的“草枝”實際上是一根“基因枝”——既用于筑巢，以保證下一代的安全成長，又象征鷹的基因能順利延續(xù)。

DNA的電腦美術形象

攝影藝術在占據(jù)了西方古典繪畫一部分空間后，促進了一系列畫派的相繼崛起（如印象派）。如今，電腦美術又會對空間藝術（美術）的發(fā)展產生怎樣的影響呢？DNA的電腦美術形象圖描繪了“超人”般的地球人與“外星人”似乎都源自DNA物質結構這一基礎，就像組成我們地球的基本單位夸克、原子與組成外太空星球的夸克、原子是相同的一樣，可能只是“搭配”不同而已。

電腦美術有著無限的發(fā)展?jié)摿?，它是科技與藝術完美結合的典型，效率和精致程度遠超手繪藝術，創(chuàng)意是其作品的核心。這兩幅關于宇宙間生命物質基礎（基因）的電腦繪畫雖然在創(chuàng)意方面還不夠完美，但作品立意十分鮮明。

世界頂級科學期刊《自然》雜志的封面上，曾出現(xiàn)了一幅有史以來最小版本的達·芬奇名畫《蒙娜麗莎》，它的作者是加州理工學院的錢璐璐教授課題組。這幅作品是科學家們通過DNA折紙技術創(chuàng)造的。

DNA折紙技術最基本的原理是堿基互補配對原則——腺嘌呤（A）配胸腺嘧啶（T），鳥嘌呤（G）配胞嘧啶（C）。聰明的科學家會在環(huán)境中提供一條長長的單鏈DNA，并輔以多條能和該單鏈長DNA不同區(qū)域形成互補的單鏈短DNA。通過堿基互補配對的精確匹配后，最初的單鏈長DNA的各個互補區(qū)域會各自折疊，讓整個分子自組裝成想要的結構。這里需要復雜的化學知識和計算機的輔助。