破譯遺傳密碼(cracking the code)
到1961年,生物學家已確信遺傳密碼存在、且以三聯體方式讀取,但他們對哪個密碼子表示哪個胺基酸卻一無所知。這本字典的頁面是空白的。破譯密碼意味著把全部六十四個詞條填滿——而要做到這一點,靠的是二十世紀科學中最偉大的偵探故事之一。
突破來自馬歇爾·尼倫伯格和海因里希·馬特伊,時為1961年。他們做了一條只含重複U的人工RNA——多聚U——把它投入一鍋含有核糖體和胺基酸的無細胞湯裡。結果產出了一條純由苯丙胺酸構成的蛋白質。結論立刻清晰:密碼子UUU拼的是苯丙胺酸。這一個實驗,作為字典的第一個詞,把密碼徹底撬開了。塞韋羅·奧喬亞的實驗室製作了其他簡單的RNA(多聚A、多聚C)以讀出更多密碼子。隨後,哈爾·戈賓德·科拉納學會合成具有已知重複模式的RNA(如UCUCUC……)來鎖定更棘手的密碼子,尼倫伯格與菲利普·萊德則設計了一個精妙的技巧:給核糖體餵入微型的三鹼基RNA,看哪一種已掛載胺基酸的tRNA會黏附其上。到1966年,全部六十四個密碼子都被指派完畢。
這是一個轉折點。它把遺傳密碼從一個邏輯設想變成一張具體而完整、人人可查的表——也就是至今印在每本生物學課本裡的那張表。尼倫伯格、科拉納與羅伯特·霍利(最早測定了一種tRNA的序列)共享了1968年的諾貝爾獎。破譯密碼也是生物學如何開展研究的典範:不是盯著活細胞看,而是在試管裡重建機器,餵給它設計好的輸入,看看會有什麼產出。
尼倫伯格的多聚U實驗:往試管裡餵入讀作UUUUUUUU……的RNA,唯一產出的蛋白質是多聚苯丙胺酸。因此UUU = 苯丙胺酸——這是有史以來第一個被破譯的密碼子。
一條合成的多聚U RNA只造出苯丙胺酸,揭示了第一個密碼子的含義。
密碼不是靠邏輯推演出來的——它是用無細胞系統一個密碼子一個密碼子地實驗讀取出來的。事先無法預測這些對應關係,因為密碼是一樁演化偶然,而非化學上的必然。