信息主义学派联合研究的发展
信息主义学派的浪漫时期可以看作是从1938年随着马克斯 · 德尔布吕克的研究“工具”噬菌体（侵袭微生物细胞的病毒）的引入开始的，这段浪漫时期是从探索遗传的物质基础开始形成的，而探索遗传的物质基础，是三十年代后期德尔布吕克在摩尔根实验室面临的课题。但是，果蝇不是解决这些课题的适合的生物体。由于这个原因，德尔布吕克决定不采用如此复杂的和多细胞的形态进行研究，而采用噬菌体作为“研究自我复制的理想的对象”。他不久遇到萨尔维多 · 卢里亚（Salvador Luria 1912 ~ ）——一位法西斯意大利的避难者，以及A · D · 赫尔希（A. D. Hershey 1908 ~ ），同他们一起形成了闻名的“噬菌体小组”的雏形。
噬菌体小组选择病毒作为解答诸如“分子怎样传递遗传信息？”的问题的适合手段，是有预见性的。病毒具有若干特殊的优点，这些优点使得病毒实际上在分子遗传学史上占有像果蝇在经典遗传学史上同样的地位。其一，噬菌体易于生长，而且能在很小的空间里培养出好几百万的噬菌体。其二，它们的世代时间像细菌那样，是非常短促的——大约占20至30分钟。因此，可以在比较短的时间周期内得到许多代。最后，由于它们只是由两种类型的分子——蛋白质和核酸构成的，它们对于那些能够探索核酸或蛋白质在复制过程中的结果的精确实验来说是非常适合的。
早先的噬菌体工作者细致地描述了病毒的生活周期，阐明了寄主细胞的感染过程。他们还证明了病毒的遗传物质像所有较高形态的生物的遗传物质那样发生突变，并证明了同一病毒的不同品系之间的遗传重组是可能的。可是他们没有解决有关基因的结构和功能这个主要问题。因此，大多数噬菌体工作者忽视了四十年代初开始产生丰硕成果的生化遗传学方面的工作。
1944年，O · T · 艾弗里（0. T. Avery1877 ~ 1955）、科林 · 麦克劳德（Colin Macleod 1909 ~ ）和麦克林 · 麦卡梯（Maclyn McCarty1911 ~ ）发表了—篇非常重要的然而是谨慎的论文——关于由英国微生物学家弗雷德里克 · 格里菲思（Fredrick Griffith1877 ~ 1941）于1928年发现的所谓“转化因子”的论文。根据染色体物质绝大部分是蛋白质的事实，他们推断蛋白质很可能是“转化因子”。但是，从加热杀死的细胞中分离出来的、并且置于温和性细菌培养的蛋白质碎片没有产生任何效应。然而，“有生物活性的碎片”最终分离出来了，这碎片竟然是DNA。DNA似乎能够使一种遗传型的细菌转变成另一种遗传型的细菌；用艾弗里、麦克劳德和麦卡梯的话说，DNA很可能是“转化因子的基本单位”。这些作者当时不愿意把他们的发现引申为任何一般的结论。
信息主义学派的浪漫时期在五十年代初随着A. D. 赫尔希和马撒 · 蔡斯（1927 ~ ）用放射性示踪物追踪噬菌体感染过程中的分子活动的权威性研究而达到高潮。他们想要排除艾弗里、麦克劳德和麦卡梯在结论上的谨慎小心，用放射性磷标记噬菌体的DNA，用放射性硫标记蛋白质外衣。他们的成果发表于1952年，这项成果证明，当噬菌体感染细菌细胞时，它把自己的DNA注射入寄主，把蛋白质外衣留在外面。后来的研究证明只有噬菌体的DNA，而不是蛋白质，与新的噬菌体颗粒复制的生化活动有关。这项证明预示信息主义者的浪漫时期的结束。复制的基本问题现在可以用噬菌体DNA的两种功能的术语——自催化和异催化来重新表述。
这个问题确实成为第二个时期（一位噬菌体工作者称这个时期为信息主义学派的教义时期，这个时期大约从I960年延续到六十年代中期）的课题。正是在这个时期，受到早先的信息主义研究促动的工作者，综合了生化遗传学和结构主义者对大分子研究的成果，推断DNA的实际结构，并根据DNA的结构推断它的某些功能的性质。詹姆斯 · D · 沃森（James D. Watson1928 ~ ）和弗朗西斯 · 克里克（Francis Crick 1916 ~ ）的工作主宰了这个教义时期。由于沃森和克里克在思想上的共同先辈是薛定谔，因而，他们即使没有相似的背景，也能以相似的观点研究生物学。克里克基本上是一位对生物化学几乎没有兴趣的物理学家。沃森是一位噬菌体遗传学家，他已开始认识到，解答基因如何活动的问题需要某些细胞化学的知识。克里克对遗传学的兴趣已把他带到有关生物学上重要的大分子的研究工作中去，当时他想要研究的是蛋白质大分子。沃森对遗传学的兴趣把他引到遗传的分子结构上去，当时他想要研究的主要是核酸分子结构。他们在赫尔希和蔡斯发表有关DNA的确是遗传物质的确定证据以前，就已开始做他们工作达一年或更多的时间。因此，他们决意研究DNA而不研究蛋白质的原因是受了其他方面的影响的。
从四十年代后期起，克里克就一直在寻找某种把基因结构与蛋白质结构联系起来的途径。他相信蛋白质的特性存在于它们的氨基酸顺序之中，而且这种顺序必然以某种方式与遗传物质的排列相联系。但是他没有肯定遗传物质是什么，而且不知怎么地，他没有感觉到必须假定核酸算得上是携带遗传信息的角色。克里克实际上是莫里斯 · 威尔金斯（Maurice Wilkins）的亲密朋友，威尔金斯从四十年代中期起就一直在伦敦皇家学院研究DNA的X射线衍射图像。虽然克里克已不止一次地听过威尔金斯的讲演，但他似乎没有对DNA是一种值得研究的重要分子的观念留下深刻的印象。
当然，沃森是熟悉艾弗里和他的同事们从1944年以来的工作的——但这些工作没有确定的结果，并且这些工作本身并没有把他直接引向作为遗传物质的DNA。也许更重要的是，卢里亚总的预感到DNA“开始被觉察到像是基本的遗传物质”。事实上，最初在这基础上卢里亚鼓励沃森为从事取得博士学位后的工作到哥本哈根的赫尔曼 · 考卡尔（Hermann Kalckar 1908 ~ ）的生化实验室去研究DNA化学。尽管沃森显然对这些化学研究感到厌烦，但是，1951年春他在皇家学院的时候开始了解威尔金斯的工作。在沃森看来，威尔金斯的主要注意力似乎已集中在分子的结构上；他并不想在他的结构理论中考虑任何很实际的生物（遗传）功能的问题。实质上，威尔金斯基本上是结构主义者。但是，沃森到英国学习更多的有关X射线的研究，得了意外的收获，这就是遇见了克里克，他们的遇见使当时的局势得到了改观。
克里克觉得沃森是一位对遗传学造诣甚深的生物学家（而克里克不是这样），但他急切地想弄清楚基因在分子水平上是怎样活动的。沃森觉得克里克是一位不仅了解X射线结晶学的某些知识，而且主要的兴趣在于把基因结构与生物功能联系起来的物理学家。这对于沃森来说是新鲜的和令人鼓舞的事，他感到他所看到的其他个人的努力——考卡尔小组的甚至是威尔金斯小组的努力——正导致不确定的和可能无收效的方向。
—旦沃森和克里克决定研究DNA的结构，他们就试图建立一种分子模型，这种分子模型不仅要和X射线衍射资料相符合，而且能说明自催化和异催化的双重功能。根据威尔金斯和他的同事罗莎琳德 · 富兰克林（Rosalind Franklin）的X射线衍射的研究，这点是清楚的：DNA分子是由堆砌的亚基层构成的，这些有规则的成螺旋几何形状的亚基层，每隔3.7 ?单位是重复的。这点也是清楚的：这种分子是某种长链聚合物，它在全长上的直径是恒定的。正如我们在上面看到的，DNA的化学构成在三十年代早期就已测定了；证明它是由四种建筑砖块——两种嘌呤硷基和两种嘧啶硷基构成的，这两种嘌呤硷基和两种嘧啶硷基与糖和磷酸基相连接，以形成称为核苷酸的分子。一个核苷酸的糖基被看作是以化学方式与另一个核苷酸的磷酸相连接的，产生一个延伸DNA分子长度的糖 - 磷酸“骨架”。这是沃森和克里克在他们开始处置分子结构时所获得的基本资料。他们的目标是确定这些部分如何以结构上和生化上富有意义的方式装配在一起的。
主要的问题可以作如下叙述。DNA分子的核苷酸排列必定能说明这种分子结构的规则性和它的化学稳定性。它也必定能说明这种分子为什么能够忠实地自我复制。这种想法意味着人们不仅必须确定这些组成部分采取什么样的物理排列在几何学上是可能的，而且尤其必须确定什么样的已知的原子之间和分子之间的力能够使这些组成部分结合在一起。糖 - 磷酸骨架是依靠称为共价键的强力结合在一起。但是，根据X射线衍射资料，这点看来是清楚的：每个DNA由几个（两个、三个，也许更多个）糖 - 磷酸骨架和附在这种骨架上的嘌呤硷基或嘧啶硷基构成。这些键是怎样结合在一起的？一种可能性是几个核苷酸链依靠相同的硷基（即腺嘌呤与腺嘌呤、胞嘧啶与胞嘧啶）之间、或相同的硷基型（即嘌呤与嘌呤、嘧啶与嘧啶）之间的弱引力（例如氢键或范德瓦尔斯力）结合在一起。另一种可能性是不相同的硷基吸引在一起的：一个嘌呤吸引一个嘧啶。甚至还有其他几种可能：一个糖 - 磷酸骨架的某些部分吸引另一个糖 - 磷酸骨架的某些部分，或相同分子的硷基相互吸引，这样的单个糖 - 磷酸骨架由它自己弯曲和折迭起来。直到1951年，后者成了克里克认为可能性最大的结构类型。
然而，在1951年有三个因素对沃森和克里克的思路发生了影响。一个因素是他们和剑桥大学的一位年轻的数学家约翰 · 格里菲思（John Griffth）的偶然相遇。格里菲思也有点对某些生物化学问题感兴趣。格里菲思同意为沃森和克里克计算在一个DNA分子内相同的硷基之间可能存在的引力（弱相互作用）。克里克仍然从同一链上的硷基相互吸引的方面思考问题，不久以后他在茶会上遇见格里菲思时间他是否做过这样的计算。格里菲思回答说，他已做过这样的计算，并且他根据理论上的考虑发现不是相同的硷基相互吸引，而看来是不同的硷基相互吸引。克里克没被打扰，因为他很快看到另一种可能性，即互补的配对，这能够非常完美地解释复制：A与B配对，B与A配对。但是，这种发现仍然没有阐明分子的总体的三维性质。更重要的是沃森、克里克和奥地利的避难者、当时在哥伦比亚大学医学院工作的生物化学家欧文 · 查伽夫（Erwin Chargaff1905—）的会见。查伽夫1952年6月在访问剑桥大学的时候，由肯德鲁把他介绍给沃森和克里克。查伽夫把有关1：1比率的事告诉了克里克。这样，在1952年春，克里克认识到不同硷基的互补配对可能是构成BNA分子的基本形式。这一认识是极为重要的，因为它揭示了这种分子是怎样能够结合在一起和怎样自我复制的。但是，仍然没有证据表明这种分子是由多少链构成的或它们每条链之间的空间关系是怎样的。
第三条思路与其说是来源于林奈斯 · 波林研究蛋白质的α螺旋线所介绍的内容，不如说是来源于他在这项研究中所采用的方法。波林通过从理论的思考到模型的建立然后用X射线衍射的结果对模型加以检验这样一番工作，提供了一种估量分子维度的独特的物理学方法。沃森和克里克采取这样方法，用嘌呤碱基和嘧啶碱基的比例模型，来确定什么样的分子维度和排列能够符合氢链的理论和查伽夫法则的经验要求。这种方法被证明是非常有价值的，因为它使得沃森和克里克能够提出各种可供选择的方案，并根据DNA的X射线衍射图像将这些方案加以检验，从而看看能否找出什么相互关联。
1953年冬（即该年年初——译者注）沃森和克里克的工作越干越有劲。波林也有可能很快建立DNA分子模型的消息，激发了他们建立精确的DNA模型的热情。这些可供选择的方案已缩小到两条链或三条链的分子（不是单链），在这些分子上，碱基标在内部，糖 - 磷酸骨架标在外部，或者碱基标在外部，糖 - 磷酸骨架标在内部。威尔金斯和罗莎琳德 · 富兰克林早先主张X射线资料倾向于排除双链结构，但他们在当时没有准备发表他们的结果，因此，沃森和克里克没有获得为检验这些可能性所必需的资料。沃森在二月初访问皇家学院小组，从威尔金斯那里看到X射线密度图像的时候，毕竟没有排除双链模型。而且，他也获悉罗莎琳德 · 富兰克林大约一年前提出的糖 - 磷酸骨架必定在DNA分子外侧的独到见解，完全被新近的衍射研究所证实。二月份的最后两个星期竟然成了关键性的时刻。当克里克想要间歇地研究他的论题时，沃森正在建立双链和三链的DNA分子模型。他起初试图把糖 - 磷酸骨架放在DNA分子的里边，因为只要把碱基放在分子的外边，它们的精确的化学相互作用可以便利地加以忽略。但是，按照沃森的看法，假如把它们放在里边，“麻烦的问题是：如何把两条或两条以上带有不规则的碱基序列的链键合在一起。”无论沃森还是克里克在二月中旬都觉得解决这个问题的希望不大。
沃森和克里克在做他们的卡纸分子模型的过程中，采用了嘌呤碱基和嘧啶碱基的几种可能的结构中的一种。在试用几种方法将碱基交叉于分子链装配在一起以后，他们请教了在他们办公室共同工作的美国化学家杰里 · 多诺休（Jerry Donohue 1920 ~ ）。多诺休指出沃森和克里克一直在采用错误的分子结构，当他提出正确的结构时，这个见解像电光石火，使沃森和克里克的思想豁然开朗。他们突然想道：“我们也许完全能用碱基配对解释1：1比率。”这样，他们三人都形成了这样的概念：“我们应该把碱基放在一起，以氢键合起来。”
采用错误的碱基结构，氢的键合是难以设想的，因为间距太大致使这些键不易交叉于分子而形成。可是，用新的碱基形式，氢的键合完全可能形成。但问题还在于：“哪个碱基与哪个碱基键合？”一天，当沃森摆弄他的书桌上的卡纸模型时，他注意到，由两个氢键联结着的腺嘌呤 - 胸腺嘧啶（A-T）配对，具有像胞嘧啶 - 鸟嘌呤（C-G）配对同样的分子形状和维度。这种配对方案能一举两得地说明DNA分子直径的不变性和查伽夫所说的1：1的碱基比率。虽然将近一个星期沃森和克里克没有做什么事，但他们采用A-T，C-G碱基配对的方案建立DNA模型，试图证明由X射线衍射资料显示的每个大的旋角能够得到说明。由于各种侥幸的收获和有目的的构思，包括运用沃森对最近访问威尔金斯实验室的良好回忆，沃森和克里克能够依靠某些经验的成果检验他们的模型。碱基双双配对的方案是极其令人满意的。
沃森 - 克里克的DNA模型，于1953年4月以—篇短文的方式发表在《自然》杂志上。这个DNA模型由两股相互卷绕的螺旋线构成，好像一种盘旋楼梯，配对的碱基构成旋梯的踏板，而糖 - 磷酸骨架沿着外侧旋转。沃森 - 克里克模型的两条链是互补的，因而腺嘌呤无论出现在哪条链上，胸腺嘧啶正好，与之相对地在另一条链上形成（由氢键连接着）。
这个模型绝妙地说明了遗传物质在遗传、生化和结构方面的主要特征。它在生化和结构的水平上解释了螺旋线的X射线资料的特点、纤维的不变的直径、碱基每隔一定距离的堆砌以及碱基1：1的比率。它在生物学水平上解释了自化和异化，而且表明了DNA是如何贮藏遗传信息的机制。自化，或DNA分子的复制，能够通过作为构成它的配对者的模板的每条链的作用而发生。因此，当两条链分离开来时，每条链构成了它的补足物，结果，在以前只存在一个分子的地方出现了两个完整的分子。
虽然在1953年没有证明关于异化的机制，但是新的模型使人们有可能想象如何起到指导其他分子合成的作用。DNA的每条链作为模板能够起到构成中间的信息传递分子的作用。这种中间的信息传递分子可能是另一种类型的核酸分子——RNA（核糖核酸）分子之一。因此，由DNA产生的RNA能够把遗传信息从核酸传递到细胞质中的细胞代谢机构，在那里它能指导特定的蛋白质的形成。
然而，可能更重要的是沃森和克里克的这样一种见解：排列在DNA分子的任何一条链上的碱基（核苷酸）顺序包含着特定的遗传信息，这些特定的遗传信息，与翻译成蛋白质分子上确定的氨基酸顺序是相对应的。这样、生化遗传学家关于基因产生蛋白质或多肽的旧概念，现在可以从排列在DNA分子上的碱基顺序决定排列在蛋白质分子上的氨基酸顺序来理解。虽然译成密码的特殊机制还不知道，但是，不论怎样，研究这个问题的方向毕竟是对头的。
从1953年到1963年，人们迅速地并且几乎是爆发性地接连做出了有关这个问题的大量答案。五十年代后期假定的几种RNA的存在，在六十年代初期得到了进一步的证实。于是，有可能构成一个完整的基因 - 蛋白质的生化图解。这个图解也为DNA复制提供了一致的解释。下面的简图用一定程式表示两部分关系，称为分子生物学的“中心教义”。
垂直的方向表示自化，用新名称叫做复制或传递。水平序列表示异化，实际上像以上表示的那样可以分成两个单独的反应。第一步（DNA→RNA）称为转录，第二步（RNA→蛋白质）称为转译。当这些过程的生化途径变得比较清楚时，有可能在没有细胞存在的试管里（只用前体和DNA或RNA模板）合成完整的蛋白质。不管可以做到在活体外用核酸合成蛋白质是多么激动人心，六十年代期间最富有革命性的发展也许是在1963年计算出遗传密码。美国的塞维罗 · 奥乔亚（Severo Ochoa 1909 ~ ）和马歇尔 · 尼伦伯格（Marshall Nirenberg 1927 ~ ）的实验室分别用复杂的技术表明，DNA（或对应的“信使”RNA）上的三个碱基的特定顺序译成二十种氨基酸中的一个。密码是三联体：相对于DNA上的每三个碱基，蛋白质链上有一个对应的氨基酸。沃森和克里克希望发现的生命的秘密，看来存在于DNA分子的信息密码中。用简明的分子的和生物化学的术语解释“基因如何复制和传递信息？”这个问题的答案已经找到。由于应用取自生物化学（蛋白质合成的途径，查伽夫有关DNA的工作）的资料，对分子结构（X射线结晶学）的研究、对信息传递过程的遗传本质的研究（德尔布吕克、赫尔希和蔡斯）已充分展开。
—旦遗传密码破译，分子遗传学的教义时期就由所谓学院时期（大约从1963年开始，一直延续到今天）所代替。这个最后的时期的特征是解决复制、转录或转译过程中极其大量的细节问题。这是托马斯 · 库恩（Thomas Kuhn）所说的“常规科学”的成熟时期，新理论的许多分枝变得完整并综合成为—个逻辑体系。尤其是在这个学院时期可以看到转运RNA分子结构的弄清，基因的精细结构的描绘和DNA和蛋白质之间线性概念的发展，若干蛋白质的特定结构的阐明以及基因突变与对应的多肽链结构的不规则性之间关系的证实。
中心教义甚至还扩展到进化论的范围。首先，它提供了关于基因突变的分子解释。突变不过是DNA链上一个或更多的核苷酸（或碱基）的置换。好像印刷错误那样，核苷酸的一个变化能引起类似的一个氨基酸的置换，或能够产生一种“无意义”的信使区域，这个区域使一个氨基酸从多肽链中略去。复制密码过程中的一个印刷错误，对连续几代的大量个体的生存造成巨大的影响。这表明，进化的机制甚至能够放到分子水平上，而且能够用说明遗传的传递、转录、转译和胚胎分化过程的同样术语来加以理解。人们经过长期的探索之后，生物学的综合看来终将到来了。
结 论
分子生物学和它的专门的分支学科分子遗传学涉及到生物学上重要的分子的结构和功能。分子遗传学是在人们试图确定基因的性质和基因是如何起作用的背景下发展起来的。就这点而论，与之相关的领域在传统上只限于遗传学和生物化学。然而，分子遗传学不同于这两个比较有限的领域。它不同于遗传学，而遗传学由于关注基因功的机制，直到三十年代晚期主要涉及传递问题。它不同于生物化学，而生物化学由于关注三维分子结构，直到五十年代主要涉及分子功能问题。我们现在所说的分子生物学的最初进展是在分子遗传学领域中取得的，它的结论和方法后来扩展到其他领域，诸如发育、进化、免疫学（免疫反应的研究）或细胞生理学（细胞膜的结构和功能的研究）。到了六十年代晚期，分子的研究渗入了生物学的许多领域；一门真正的分子生物学诞生了。分子遗传学是从试图把功能和信息的问题应于经典的孟德尔染色体理论的非常复杂而形式主义的结构中产生的。它从觉醒的量子物理学家诸如波尔、薛定谭和德尔布吕克那里产生了探索难以弄清的“生命奥秘”的浪漫动力。
信息主义学派理论的教义时期，有关生化和结构的思考明显地灌输到了早期噬菌体小组较为形式主义的工作中。沃森和克里克的研究工作把信息主义学派、结构主义学派和生物化学对遗传问题（并且扩展到整个生物学）的研究结合了起来。
虽然沃森和克里克认识到运用有关DNA的结构资料和生化资料的重要性，但其实他们基本上是信息主义者。他们的兴趣一开始就是由薛定谔所好奇的基因和生命的秘密的问题引起的。
从以前所有经历的情况来看，似乎分子遗传学象征着与经典遗传学的明显分裂，而对整个生物学的分子研究象征着与包含在亨德森（L. J. Henderson）、坎农（W. B. Cannon）和其他人工作中的反还原论倾向的分裂。事实完全不是如此。实际上，分子生物学代表了与过去学科相连续的一个重要环节。
摩尔根学派的经典遗传学曾提出有关基因的性质和基因活动的问题，这些问题在1910年发现果蝇后的三十年里是不可能解答的。摩尔根和他的同事所做的，是要建立一个详细的、逻辑上连贯的、但完全与任何生化基础相分离的形式主义的遗传学概念。分子遗传学象征着对经典遗传学的背离，然而它是从早期的遗传学工作中产生的，通过某些途径，把早期遗传学工作推进到它的逻辑的外延一分子水平上。分子生物学，尤其在它的最早阶段，确实也没有表现出回复到雅克 · 洛布的旧机械唯物主义。本世纪六十年代初某些噬菌体和大肠杆菌的工作者，由于声称细胞仅仅是分子的聚合体，“大肠杆菌的真理就是大象的真理”而闻名，这些说法的意思与洛布比较武断的见解是相似的。
分子生物学的生长已显示了进化的、遗传的、胚胎学的、生物化学的甚至解剖学（以新面貌出现的解剖学，比如分子解剖学）的概念以曾使恩斯特 · 海克尔（Ernst Haeckel）和奥古斯特 · 魏斯曼（August Weismann）内心感到高兴的方式综合了起来。这是真正的综合。达尔文的理论没有提出任何能够在实验上检验进化理论的直接方法（实际上，人们认为进化太缓慢了，以至于一直不能在实验室里观察到），而中心教义的基本原理能够（而且已经能够！）几乎直接地受到检验。达尔文理论的预言不能被证实，而中心教义的预言能够容易地得到证实（或否定，这要看具体情况）。因此，虽然两个理论提供了统一生物学若干互不相同的领域的焦点，但它们是通过完全不同的方法学达到这个目标的。正是这种方法学的变化体现出了生命科学从十九世纪末到现代的发展的特征。
（全文完）