50年前，4位年轻的科学家及其领导的研究小组，在世界著名科学杂志《自然》上发表的3篇论文，以两股相互缠绕的螺旋线勾勒出彰显生命奥秘的蓝图，标志着生命科学一个崭新时代的到来。

　　 50年来，在科学家的努力下，蕴藏在复杂的生命现象中的许多法则不断被揭示出来。对这些法则的诠释不仅包含了人类对生命有机体秩序和演化历程的深刻理解，而且也展示出人类期冀从变幻无常的生命现象中把握住其永恒真谛的努力。

一、从平行线到双螺旋

　　1、遗传因子与核酸：互不相干的独立发现
　　 19世纪中叶，两项当时看来互不相干的发现，揭开了现代遗传学的序幕。
　　 1865年，奥地利修道士孟德尔经过连续8年的豌豆杂交试验后，写出论文《植物杂交试验》。以精确的实验数据和严密的数理分析，揭示了“遗传因子”的“分离和自由组合定律”。1868年，瑞士化学家米歇尔从脓液的白细胞的细胞核中获得了一种含磷量很高的未知物质。他将其命名为“核素”。他的指导老师霍佩-赛勒推测这种新物质“可能在细胞发育中发挥着极为重要的作用。”然而，这些在当时却倍受冷遇。
　　 在相当长的一段时期内，遗传因子与核酸的研究一直保持着互不相干的平行发展。
　　 1906年，巴特森指出提出遗传学的概念。1909年，约翰森提议用“基因”代表孟德尔因子，创用“表现型”和“基因型”来描述个体外貌和实际的遗传类型。从此，基因的概念及其行为规律构成了现代遗传学的基础。
　　 1885年，德国医生魏斯曼首先意识到遗传是某些物质从这一代到另一代的传递来实现的，并指出染色质是细胞核内最重要的成分。 1903年，萨顿提出来自父本和母本染色体的结合与在以后减数分裂时的分离，是孟德尔遗传定律的物质基础。1911年，摩尔根提出了“染色体遗传理论”，对遗传学和细胞学的发展产生了巨大影响。
　　 然而，“核素”的研究却并不顺利。20世纪初，科塞尔等人证明了“核素”是由糖、磷酸与嘌呤碱、嘧啶碱等成分组成。后来人们发现“核素”具有酸性，故更名为“核酸”。1909年，美国生物化学家欧文发现，核酸中的碳水化合物是由5个碳原子组成的核糖分子。1930年，他又发现米歇尔发现的“胸腺核酸”中的糖分子比塞勒发现的“酵母核酸”中的糖分子少一个氧原子，因此将其称作“脱氧核糖”；含两种不同糖分子的核酸分别称为“脱氧核糖核酸”（DNA）与“核糖核酸”（RNA）。1934年，欧文将核酸分解成许多亚单位——“核苷酸”。

　　2、DNA是遗传物质的基础
　　 1944年，艾弗里及麦克里奥德、麦卡梯证明了基因的本质就是DNA。1951－1952年，美国科学家赫尔希和德尔布吕克证实了此论点。艾弗里的发现揭示了遗传学与生物化学的特殊关系，从而奠定了生物化学遗传学（即分子遗传学）的基础。1946-1950年间，查伽夫对DNA化学性质的研究，改变了当时认为核酸是简单的线性排列的四核甘酸多聚体的观点，指出核酸和蛋白质一样是结构复杂、作用独特的生物大分子。

　　3、伟大的DNA双螺旋
　　 受鲍林的蛋白质α螺旋结构的启示，在威尔金斯和弗兰克林工作的基础上，沃森和克里克在1953年提出了DNA双螺旋结构模型。1953年4月25日，《自然》杂志刊登的3篇论文，确立了DNA分子的双螺旋结构模型。第一篇由沃森和克里克提出 DNA的双螺旋模型，另外两篇是威尔金斯与富兰克林等人支持这一模型的X衍射分析实验数据。
　　 DNA双螺旋结构的模型有4个重要特点：①DNA分子是由两条成对的链，以双螺旋方式按一定空间距离相互平行盘绕；DNA分子中的两条相对的平行链从头至尾都严格遵守碱基配对原则。②两条长链的方向是相反的。③腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）以两个氢键联结配对，胞嘧啶（C）与鸟嘌呤（G）以三个氢键联结配对。DNA中一条链的碱基顺序一旦确定，那么另一条链的碱基顺序也就确定了。④DNA双螺旋结构对碱基顺序不存在任何限制。
　　 从此，生物化学发展进入了一个新阶段，生命科学开始了以生物大分子结构与功能研究为主体的分子生物学时期。

二、分子生物学革命的巨大影响

　　 DNA双螺旋结构的建立对生命科学、自然科学，乃至社会科学所产生的震慑和深远影响是不言而喻的，这些影响可归纳为以下几个方面。

　　1、 揭示了生命的奥秘
　　 DNA双螺旋结构的发现是揭示遗传信息传递规律的“敲门砖”和联系生物化学与遗传学的“桥梁”，揭开了分子遗传学和分子生物学诞生和发展的帷幕。
　　 1955年， DNA聚合酶的发现揭开了DNA复制的秘密；1959年又有人发现RNA聚合酶。1968年，克里克提出了遗传信息传递的中心法则，阐明了遗传信息从核酸向蛋白质的流动过程，也就是生命编码表达成具体生命活动的过程。遗传密码的破译使过去彼此隔阂的一些学科今天都统一在分子生物学的基本概念和基础技术的旗帜之下。此后，分子遗传学、分子生物学和其它生命科学领域如雨后春笋般迅速成长和发展。
　　 1961年，亚考伯和芒诺德提出了“操纵子”学说，揭示了原核基因表达的开启和关闭是如何控制的。此后，操纵子学说结合酶的“变构调节”理论又引出了“生物调节”的概念。“生物调节”理论标志着人类认识生命、认识自我实现了又一新的飞跃。
　　 新的理论框架重新诠释了生物学的一个基本问题：生命与非生命的区别何在。现代分子生物学对这个问题给出的回答是：生命过程就是信息在巨型分子中的储存和传递。今天，科学家们已经不约而同地强调说，当代的分子生物学是一门关于信息的科学。

　　2、DNA双螺旋结构建立推动了以工具为导向的生物技术革命
　　 20世纪70年代以后，限制性内切酶、DNA连接酶、RNA聚合酶的发现，DNA测序技术的发明，DNA自动序列仪的出现并不断升级换代，以及体外快速扩增DNA的聚合酶链式反应（PCR）技术的发明与发展……构成了以操作重组DNA为核心的重组DNA技术学，使科学家们分离、分析及操作基因的能力在实验生物学领域几乎达到无所不能的地步。现在，科学家们可以从细菌的数千个基因、哺乳类动物数万个基因中分离某一个目的基因；能使外源（目的）基因在一定的表达体系表达出有用的蛋白质，极大地促进了生物过程技术的发展。正是有了重组DNA技术才能使人类基因组计划（HGP）得以实施；HGP的实施和完成催生了今日的基因组学，并对整个生命科学领域以及工农业产生了巨大的影响。

　　3、深化了对遗传与变异本质的认识
　　 DNA双螺旋结构模型的建立，使抽象的基因概念与具体的分子结构联系在一起。人们认识到，基因不是一个无限小的单质点，而是DNA分子上具有一定长度和特征的片段。此后，人们不再单纯依靠生物体的外在性状来把握基因，而是开始自内而外地分析它的结构和功能。其蕴藏的巨大潜力，至今仍被继续开掘。
　　 尽管基因组储藏着生物体的全部遗传信息，它所包含的基因却并不同时活动，基因的表达格局总是随着特定的时间、空间和环境条件而变化，这是一个复杂而又高度有序的过程。对基因受控表达各个环节的研究将彻底揭开细胞分裂、生长、分化、凋亡全过程的奥妙所在。

　　4、对生命本质与进化的认识
　　 使用生物大分子序列的分析结果来建立进化树，一方面具有定量的精确性，另一方面可以比较外部形态相去甚远的不同物种。将这种分析方法应用于人类的不同群体，同时结合考古学、人类学、语言学的研究成果，我们已经了解到关于人类起源、进化、迁移等等过程的许多细节。基于不同生物基因组的共同性，我们有充分的根据通过在其他生物体上进行实验来获得对人类基因起源、演变和功能的认识。对这些模式生物进行的研究大大增进了有关人类疾病发病机理的知识。

　　5、深化了对疾病的认识
　　 1949年，鲍林通过 “镰状红细胞贫血症”的研究，证明了人类的遗传疾病可以追踪到由突变基因的作用而引起“分子病”，标志着人类对疾病的认识从器官、组织、细胞水平深入到分子水平。20世纪60年代以来，随着医学技术的发展，已经可以对许多迟发疾病的患者和无症状的缺陷基因携带者进行早期诊断。时至今日，已发现的人类单基因遗传疾病已达6000多种，多种疾病所表现的易感性也证明与基因特异性相关。人类已经认识到，许多疾病的发生是遗传因素与环境因素共同作用的结果。

三、启示与思考

　　1、科学发展需要人类智慧的接力和综合
　　 科学的发展需要人类前赴后继的努力。重大科学成就的获得或科学史上革命性的转变，都不是一个孤立的事件，而是一个过程。以DNA双螺旋结构的建立为标志的分子生物学革命就是一个典型。DNA双螺旋结构的建立绝非偶然，而是科学界长期探索、辛勤工作的结果。
　　 现代科学研究既需要科学家强烈的好奇心、敏锐的洞察力、个人才智的充分发挥，同时它也需要科学家的合作精神。回顾DNA双螺旋的发现史，我们发现，伦敦皇家学院研究小组由于成员之间个人性格上的不相容不能有效地工作，鲍林则由于在研究方法上误入歧途而与成功失之交臂。沃森和克里克取长补短，形成“黄金搭档”，幸运地成为DNA分子结构的发现人。

　　2、DNA双螺旋结构模型的建立体现了多学科交叉渗透的成果
　　 DNA双螺旋的发现是建立在科技进步、技术储备基础上的。DNA双螺旋的提出是多学科理论知识融合的结晶。分子生物学的理论和应用之所以有今天的成就，关键是它与多门学科的交叉与综合。基因组测序产生了浩瀚的数据，管理、计算、存储、检索、交换、更新这样的海量数据要求高性能的计算机、安全高速的网络连接、完善的生物信息软件和多个大型数据库的支持。在这些要求的推动下，一门新的学科——生物信息学应运而生。

　　3、需要密切关注分子生物学的社会影响
　　 分子生物学革命不仅使生命科学及其相关领域发生了巨大变化，而且也深刻地影响到人类的社会生活与思想观念，甚至影响到社会文明的前景。重组DNA技术、转基因技术以及其他遗传工程对基因组的操作在改善全球人口的营养状况、提高健康水平方面，有着无可比拟的潜力。而通过生物医学技术消除病痛的同时，也应当认真地对待其中可能引起的急功近利倾向和伦理学问题。
　　 遗传筛查已经成为预测一个人对疾病的易感性的重要工具。在讨论医学遗传学对社会生活影响的时候，人们更关注的是求职、入学、投保、婚姻、生育等过程中可能遇到的遗传歧视问题。
　　 克隆技术的突破是一项重大科技成果，但它也引起了一系列的伦理和法律问题。利用克隆技术、转基因技术可以用来解决目前疾病治疗中的一些问题，但跨种间的器官移植和转基因治疗，是否造成人类染上一些原本仅在动物身上才有的疾病，甚至是新的疾病，值得我们警惕。
　　 干细胞可以用来作为基因治疗的载体，替代坏死或变性的细胞，修复组织损伤，甚至更换缺损的器官。由于研究使用的干细胞有一个来源是胚胎组织，各国也颇为谨慎。
　　 生物技术和遗传工程的飞速发展不仅正在改变生物学的面貌，它的影响也波及到社会科学的各个领域。纵览DNA分子模型建立以来的分子生物学史，我们看到人类思想的闪光从实验室里迸发出去，引起的反响一波接着一波，扩大到了象牙塔外的广袤世界。

　　4、主动迎接生物技术世纪和知识经济时代的挑战
　　 目前科学技术产业化的速度不断加快，产学研一体化已经成为科技发展的大趋势。生物技术、新医药产业都以其蕴藏的巨大经济效益和社会效益，引起政府部门和私人投资者的高度重视。
　　 尽管我国目前在这一领域起步较晚，经费投入也比发达国家要少得多，但我们在遗传资源上占有很大的优势。我们有可能扬长避短，在遗传病研究和基因治疗方面取得原创性的突破。另外，由于基因作为可申请专利的产品，受到知识产权法的保护，西方国家的研究机构为了取得对基因产品的开发权和使用权，已经开展了争先注册基因专利的拚抢热潮。我们更应加倍注意，保护好我国宝贵的遗传资源，使它作为中华民族的遗产继续属于我们的子孙后代。
　　 生物技术时代的到来，为中国科学家提供了施展才华的大好时机。作为生物医学领域的工作者，我们应该围绕我国医学科技发展的需要和卫生工作防病治病的重点难点，将生物技术应用于广大人群的疾病干预措施，力争做到早期预防、早期诊断、早期治疗。优先开发价格低廉适应面广的药物和疫苗。

　　 从DNA分子模型建立之日算起，分子生物学已经走过了半个世纪的道路。这半个世纪里，科学技术和整个人类世界都经历了沧海桑田的变化。今天我们又站在一个历史的转折点上，展望未来，充满机遇和挑战。在科学技术进步的大潮中，我们相信，中国一定会实现自己的目标，中国科学家不仅会在分子生物学的研究前沿作出自己的贡献，而且也会创造出更多的生命科学成果造福于人民。