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DNA之父去世,享年97岁!AI生物学的序章因他开启

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新智元报道

编辑:定慧 好困

【新智元导读】诺贝尔奖得主、DNA双螺旋结构发现者之一詹姆斯·沃森去世,享年97岁。他启动了宏大的人类基因组计划,却被科学界「流放」,又亲自拍卖诺奖奖牌,一生充满争议。

周四,DNA双螺旋结构发现者、诺贝尔奖得主詹姆斯·沃森(James Watson)因感染去世,享年97岁。


25岁时,他便与弗朗西斯·克里克、莫里斯·威尔金斯一起成为DNA结构共同发现者。

破译生命遗传蓝图DNA,足以奠定沃森作为20世纪最重要科学家的地位。

而后,他更是领导了宏伟的人类基因组计划,并撰写了科学界最富盛名的回忆录之一。


1962年的诺贝尔生理学或医学奖共有三位获奖者。

这三位科学家是:

  • 詹姆斯·杜威·沃森(James Dewey Watson)

  • 弗朗西斯·哈里·康普顿·克里克(Francis Harry Compton Crick)

  • 莫里斯·休·弗雷德里克·威尔金斯(Maurice Hugh Frederick Wilkins)

他们因发现脱氧核糖核酸(DNA)分子的双螺旋结构而共同获得该奖。


这一成就不仅揭示了遗传信息的分子基础,还为日后发现致病基因突变、设计转基因作物、以及开发全新基因剪接技术等领域打开了大门。


1962年,瑞典国王亲自为沃森博士颁发诺贝尔奖

照片51:改变人类的一张照片

1869年,瑞士生物学家弗里德里希·米歇尔(Friedrich Miescher)在研究白细胞核时,分离出一种含有DNA分子的物质。他将其命名为「核素」(nuclein),并推测其可能与遗传有关。

1951年,沃森放弃了在哥本哈根的生物化学工作,转投英国剑桥大学的卡文迪什实验室。

在那里,他遇到了克里克。

克里克当时30多岁,比沃森年长近12岁,正在继续因战争中断的博士学业。他的研究课题表面上是血红蛋白的蛋白质结构,但实际上,他也同样对DNA痴迷不已。


沃森和克里克利用了伦敦国王学院研究员罗莎琳·富兰克林(Rosalind E. Franklin)和莫里斯·威尔金斯(Maurice H.F. Wilkins)获得的X射线图像,在经历至少一次令人难堪的失败尝试后,最终构建出了一个分子的物理模型。


罗莎琳·富兰克林

关键突破来自威尔金斯博士,他让沃森看到了富兰克林博士的几张图像,其中一张名为「照片51」的图像,最终成为揭示分子结构的关键线索。


照片51为一张B型DNA的固态晶体X光衍射图片

在富兰克林博士不知情的情况下,威尔金斯博士将这张X射线图像提供给了沃森和克里克。

随后,借助这份材料,两人提出DNA的形状像一架扭曲的梯子:

  • 其外部的「扶手」由糖分子和磷酸分子构成。

  • 梯子的每一级由DNA四种化学碱基中的两种组成——腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)。

  • 腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对。

  • 细胞内的酶可以从中间将这个扭曲的梯子解开,并利用细胞内的碱基,由一个DNA分子复制出两个新的DNA分子。

为赶在主要竞争对手——加州理工学院的美国化学家莱纳斯·C·鲍林(Linus C. Pauling)——之前发表成果,沃森和克里克迅速写就论文,并赶忙投给了《自然》杂志。


尽管他们的论文以典型的平实科学语调写成,篇幅不足一页,但很明显,作者们已意识到自己发现了惊人的成果。


论文全文

他们提出的结构「具有相当重要的生物学意义的新特征」,他们写道,并补充说:

我们并非没有注意到,我们所假设的特定配对方式,立刻揭示了遗传物质一种可能的复制机制。

换言之,他们解释了遗传指令如何能够代代相传。

1962年,沃森、威尔金斯和克里克(此时已获博士学位)因这项工作共同荣获诺贝尔奖。

威尔金斯博士一直在国王学院研究DNA,于2004年去世。

克里克博士最终移居加州拉霍亚的索尔克研究所,研究理论神经生物学和意识,于2004年去世,享年88岁。

沃森最终从英国剑桥搬到美国马萨诸塞州的剑桥,并于1955年接受了哈佛大学生物学助理教授的职位。

在哈佛期间,沃森撰写了他一系列著名教科书中的第一本——《基因的分子生物学》。

时至今日,这本书仍是生物学史上最具影响力、使用最广泛、最受推崇的教材之一,后续版本中也加入了其他合著者。

霍普金斯博士回忆说,他是一位富有启发性的老师,尽管他常常背对学生,对着黑板喃喃自语。

和他在一起非常有趣,但他也很容易感到厌烦。一旦厌烦了,他就会在一句话说到一半时转身走开。


麻省理工学院分子生物学家南希·霍普金斯(Nancy Hopkins)的科研生涯与沃森有着深厚的渊源——

她在拉德克利夫学院/哈佛听过沃森的课,在哈佛攻读博士时与沃森共事,后来则成为了他在学界的重要学生与同事之一。

一切始于她在哈佛求学期间,一堂沃森的讲座让她为之着迷,并鼓起勇气询问能否在他的实验室工作。沃森欣然应允,这段交往最终发展为贯穿多年的深厚友谊。

沃森是位精明的「伯乐」,善于发现和培养有潜力的年轻学者,并为许多女性科学家(包括霍普金斯)开启了卓越的科研生涯。

他曾对霍普金斯说:「你应该成为一名科学家。你的思维方式和我一样,而且你和我一样聪明。」

在霍普金斯攻读博士期间,沃森一直是她的导师和引路人。

每当我感到气馁,我都会去找他聊。他总会鼓励我说:「不,你必须坚持下去」。

冷泉港实验室主任布鲁斯·斯蒂尔曼(Bruce Stillman)博士也对此评论道:「沃森能够识别并支持人才。」

他还补充说,与许多资深科学家不同,沃森从不坚持在自己的学生或博士后的研究论文上署名。

收债员之子,但少年天才

詹姆斯·沃森于1928年4月6日出生于芝加哥,是家中的两个孩子之一。

他的父亲詹姆斯·杜威·沃森是芝加哥一家函授学校La Salle Extension University的收债员,母亲是让·米切尔Jean Mitchell,曾在芝加哥大学招生办公室工作,并积极参与民主党政治活动。

詹姆斯在芝加哥南区长大,就读于南岸高中。他是个早慧的学生,曾参加20世纪40年代从芝加哥播出的广播节目「智力竞赛儿童」。

15岁时,他考入芝加哥大学,并在那里读到了一本由量子物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)为普通读者写的生物学科普书。

这本书名为《生命是什么?活细胞的物理学观》(What is Life?)

它让年轻的沃森确信,基因是活细胞的关键组成部分。

1947年毕业后,他进入印第安纳大学攻读研究生,并遇到了该领域的两位巨擘——

1946年获得诺贝尔生理学或医学奖的赫尔曼·J·穆勒(Hermann J. Muller),以及后来于1969年获此殊荣的萨尔瓦多·E·卢里亚(Salvador E. Luria)。

在卢里亚博士的指导下,沃森于1950年获得博士学位。

随后,他前往剑桥,并从此声名鹊起。


身高六英尺二英寸(约188厘米)的沃森身材瘦长、总是衣着邋遢,这与他在卡文迪什实验室和克里克共用的简陋住所(The Hut)相得益彰。

几十年后,他那乱蓬蓬的头发已经花白稀疏,走路时依旧步履蹒跚,当有人或某事吸引他的注意时,他常常会笨拙地偏离原有的路径。

年轻时,他曾为自己的单身状态而苦恼,并毫不讳言正在寻找一位妻子。

他的寻觅在1968年结束,当时年近40岁的他与伊丽莎白·刘易斯(Elizabeth Lewis)结婚,她当时是哈佛大学拉德克利夫学院一名19岁的大二学生。

他们育有两个儿子,鲁弗斯和邓肯。

在2003年接受《卫报》采访时,沃森谈及鲁弗斯的严重精神疾病,称其为一种「遗传上的不公」。

他常说,儿子的病是他加入基因组计划的「一个巨大动力」。

他的妻子是一名建筑保护主义者,他的两个儿子和一个孙子在他身后健在。

多年来,沃森以挑战科学正统以及鲁莽、刻薄甚至偏执的直言不讳而闻名。

2007年,他在接受伦敦《星期日泰晤士报》采访时表示「对非洲的前景感到悲观」,因为「我们的社会政策是建立在一个事实上,即他们的智力与我们相同——然而所有的测试结果都表明并非如此」。此言一出,随即引发轩然大波。

在为美国公共广播公司(PBS)「美国大师」系列拍摄的个人纪录片中,他在镜头前再次重申了这一论断。

当该片于2018年播出后,冷泉港实验室作为回应,撤销了沃森博士当时仍保留的荣誉头衔。


410万美元出售:一枚诺贝尔奖章

2014年,沃森在佳士得拍卖行将自己的诺贝尔奖章付诸拍卖,称所得款项将用于供养家人及支持科研。

但也有猜测认为,此举是他对他认为已抛弃他的科学界的一种反抗姿态。

俄罗斯亿万富翁阿利舍尔·乌斯马诺夫(Alisher Usmanov)以410万美元拍下了这枚奖章——然后又将其归还给了他。


2007年,沃森成为世界上第二个完成全基因组测序的人。

第一位是J·克雷格·文特尔(J. Craig Venter),他作为塞莱拉公司(Celera Corporation)总裁,曾启动了一个与政府项目竞争的人类基因组测序计划。

两人都将自己的基因组数据提供给研究人员使用。

如今,商业公司已向公众提供基因组测序服务。

而双螺旋结构也已深入流行文化。

它的形象出现在从珠宝到香水的各类商品上,以及加蓬和摩纳哥等国发行的邮票上。


艺术家萨尔瓦多·达利曾将其融入画作,表演团体「蓝人组」(Blue Man Group)也在他们的演出中使用这一形象。

它还在无数出版物中被复制,但方向常常是错的——这个错误如此普遍,以至于有研究人员专门为此建立了网页。

DNA的正确结构是一个右手双螺旋(right-handed helix),由沃森和克里克在1953年确定。

但在流行文化、广告、影视、甚至教科书插图中,常常会被画成左手螺旋——也就是螺旋方向反了。

沃森留下了巨大的科学遗产——他在DNA结构上的开创性工作;他在人类基因组测序这一史上规模最大、意义最重大的国际科学项目之一中的创始领导地位。

他所激励的一代研究人员;以及他在冷泉港实验室的贡献,该实验室如今已是世界顶尖机构,其教职员工和合作者中不乏诺贝尔奖得主。

他的著作,尤其是《双螺旋》,无疑将与生物学研究共存,为后人所阅读。

双螺旋到AI:遗传时代的延续

沃森一生的研究揭示了生命的分子蓝图,而七十年后,AI正重新定义我们解读这份蓝图的方式

自从1953年的双螺旋模型揭示遗传信息的复制原理,人类便开始从显微镜走向算法,从实验台走向算力中心。

AI系统如今能够在几小时内完成过去需数年的人类基因组分析;由DeepMind开发的AlphaFold和其后继模型,已经预测出几乎所有已知蛋白质的三维结构,让分子生物学跨入了一个新的时代。


AI不仅加速药物研发、癌症突变识别,也在利用海量基因组数据探索生命的进化规律。

然而,这种力量也再次提出伦理与责任的命题——算法中的偏见、数据的不平衡、隐私的边界,都让科学家面对与沃森当年相似的拷问:当知识超越时代,如何确保它被正确地理解与使用?

在DNA发现的余晖下,AI已成为人类探索生命本质的下一支「探针」。

而沃森的故事提醒我们,科学的伟大不仅在于揭示真相,更在于我们如何面对真相。

参考资料:

https://www.nytimes.com/2025/11/07/science/james-watson-dead.html

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