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我們如何知道 DNA 是遺傳物質

分子背後的偵探故事:那些排除蛋白質、把遺傳牢牢鎖定在 DNA 上的實驗,以及最終讓一切說得通的結構。

一個合理的懷疑

今天看來,DNA 攜帶 遺傳 似乎理所當然,但在很長一段時間裡,多數科學家卻押注於蛋白質。他們的推理是合理的:蛋白質由二十種不同的胺基酸構成,而 DNA 只有四種鹼基。四個字母的字母表看上去太簡單,難以編碼生命令人眼花繚亂的複雜性,而蛋白質則顯得足夠豐富。要解決這個問題,靠的是巧妙的實驗,而非假設。

三個一錘定音的實驗

  1. 格里菲斯(1928):把無害的活細菌與已死的致病細菌混合,竟使無害的細菌變得致命——而且這種改變會被它們的後代繼承。某種『轉化因子』在它們之間傳遞了,儘管格里菲斯說不出那是什麼。
  2. 埃弗里、麥克勞德與麥卡蒂(1944):他們純化了轉化因子,逐一破壞每個候選物。破壞蛋白質或 RNA 毫無影響;破壞 DNA 則使效果消失。轉化因子就是 DNA。
  3. 赫爾希與蔡斯(1952):利用感染細菌的病毒,他們用不同的放射性標記分別標記蛋白質和 DNA。只有 DNA 標記進入細菌並指揮新病毒的產生。這說服了剩下的懷疑者:遺傳物質是 DNA,而非蛋白質。

解釋遺傳的結構

知道 DNA 是遺傳物質,仍留下一個謎:一個分子怎麼能既攜帶資訊又自我複製?答案出現在 1953 年,華森和克里克借助羅莎琳·富蘭克林和莫里斯·威爾金斯的 X 射線影像以及 查戈夫規則,提出了 雙螺旋 模型。這個結構不只是美麗——它能自我解釋。

他們論文中那句著名的輕描淡寫指出,他們提出的特定配對『立即提示了一種可能的複製機制』。因為 鹼基配對 使兩條鏈互補,把它們分開就得到兩個模板,每個都能重建自己的夥伴。資訊儲存與忠實複製——任何遺傳分子都必須滿足的兩項要求——竟從一個優雅的形狀中自然湧出。