四種字母
啊!生命體的全部信息竟然是由四種簡單的字母大包大攬著!
串成項鏈的四枚珍珠：A、C、G、T
DNA呈很長的紐帶狀。如果我們把這條紐帶切斷，就可以看到類似於珍珠串成的項鏈形狀的結構。假設DNA中有生命設計圖，那么這一個個的珍珠就是字母，而這條紐帶就是字母的排列。研究者們試圖研究出DNA的結構特點，那么就得先研究一下構成DNA的字母。
把 DNA放在強酸中加熱，這條項鏈形狀的紐帶就會斷開，串成這條項鏈的珍珠也就一個個地散落開來。此時，研究者們對這些珍珠的種類進行了研究。研究發現，這些所謂的珍珠其實只有四種--A、C、G、T這四個字母。也就是說，這幾個字母連“Thisisapen”這句話都組不出來(因為這句話裏面包含有八個字母)。A、C、G、T這四個字母，充其量可以組成AAAGGGAGAGTTTCTA或者是GGGTATATTGGAA之類的表示呻吟或者是咬牙齒時發出的聲音的詞語。
不管DNA是條多么大的紐帶，也不管裏面有幾萬個的A、C、G、T，總給人一種大而無用的感覺，人們無論如何也不會想到，這裏面隱藏著精妙的信息。人們都認為，所謂的DNA不就是支撐細胞內部結構的像繩索一樣的東西嗎?剛剛開始的時候，艾弗裏也是這么認為的。
從細胞中取出DNA是件非常簡單的事情。用堿溶液將細胞膜溶解開來，中和一下上層澄清的液體，加入鹽和酒精，試管內部就會產生白色的線狀物質，這就是DNA。用玻璃棒來纏繞這些白色線狀物質，就能夠將DNA提取出來了。
肺炎雙球菌裏，有一種S型菌(病原型)，從這裏面提取出DNA，然後將其與R型菌(非病原型)混合在一起。於是，DNA的很大一部分就進入到了R型菌的菌體內部。這個時候，R型菌就轉化成為了S型菌，於是就引起了肺炎。可見，DNA這種物質的的確確有著轉化生命性質的作用。艾弗裏反反複複、小心翼翼地做著這個實驗，以期求得更為精准的實驗結果。
實驗材料的純度是100%嗎
在科學研究領域，最大的陷阱就是實驗材料的純度問題。因為無論你怎么努力地對實驗材料進行提純，都無法使其純度達到100%。無論在什么情況下，實驗材料中總會有微量的混入物質，這就是雜質。
從 S型菌中提取出的DNA不是在試管中進行人為合成的化合3 物，而是從活細胞中提取出來的，這種活細胞由上萬種微小的成分構成。用玻璃棒纏出來的白色線狀物質也的的確確是DNA，但是這裏的DNA其實不是100% 純淨的，它上面應該附著有各種各樣的蛋白質以及細胞膜成分等。
於是，我們可以得出另外一個結論：改變菌的性質的也許不是我們提取出來的DNA，而是附著在DNA上面的其他微量雜質。那么，為了排除這種可能，研究者們就必須盡最大努力來使DNA無限接近純淨。艾弗裏當然也在這件事情上傾注了很多精力。
艾弗裏既沒有炫耀自己的實驗成果，也沒有對外宣稱自己發現了什么。他只是把自己根據一步一步實驗數據推出的一個又一個嚴格的結論整理成論文，然後向外界投稿。當時，他的論文被刊登在了洛克菲勒醫學研究所刊發的《實驗醫學會雜志》上。
艾弗裏是非常謙虛的，但仍有對他毫不客氣的批判者，有人對他的實驗數據進行了最猛烈的攻擊。其中之一，就是跟他在同一研究所(洛克菲勒醫學研究所)的同事，這個人名叫阿爾佛雷德(AlfredMuskie)。他固執地堅持，是DNA中的雜質改變了R型菌的性質。他認為，DNA這種結構非常簡單的物質中不可能含有遺傳信息，遺傳物質的本質其實是蛋白質。
面對來自同事的如此猛烈的攻擊，艾弗裏心中自然無法平靜。這無疑是對他研究生涯的堅定否定。不管怎么樣，道路只有一條，那就是盡可能地使DNA的純度達到100%。
那么，如果不破壞實驗材料DNA，而將混在其中的蛋白質除去，可不可以呢?這裏有個方法，那就是利用蛋白質分解酶。用蛋白質分解酶處理實驗材料DNA的時候，酶只會與混在DNA裏面的雜質蛋白質發生作用，並將其破壞掉，而對DNA本身不會起作用。進行這樣的處理之後，實驗材料中留下的能夠改變菌的性質的就只有DNA了。實驗得出的結果是肯定的。
相反，如果用DNA分解酶來對實驗材料DNA進行處理，行不行呢?這種DNA分解酶只會對DNA 產生作用，並將其粉碎、分解掉，而對實驗材料中的蛋白質不會起作用。所以，如果處理結束之後，性質轉化作用消失的話，就說明能夠進行性質轉化的就是 DNA。反之，如果性質轉化作用沒有消失，那么就說明實驗材料中DNA以外的物質具有性質轉化的作用。實驗結果是前一種情形，即使用DNA分解酶後，性質轉化作用也就隨之消失了。
盡管艾弗裏進行了如此縝密的實驗，來自批判者反對的聲音仍然沒有絲毫要減弱的跡象。他們認為，使用蛋白質分解酶後，性質轉化作用之所以沒有消失，是因為蛋白質對酶具有一定的抵抗性。另外，他們還認為，使用DNA分解酶後性質轉化作用消失，也許是因為酶裏面本身混進了蛋白質分解酶。
這種反對聲音使性質轉化理論越來越混亂。即使你的實驗材料DNA再怎么純淨，哪怕純度達到了99.9%，剩下的0.1% 的雜質也有可能進行性質轉化。而對於生命科學來說，實驗材料要想100%純淨，在理論上來講是不可能的，因此，艾弗裏也就無法對批判者的言論進行有力的回擊。
雜質這種東西，在野口英世進行確定病原體的研究中也同樣是不可避免的。在顯微鏡下觀察到了蠕動的微生物，用吸移管將其提取出來，然後注射在健康的實驗動物身上，最終導致動物生病，035 即使這樣，也無法確定這種微生物就是導致動物生病的病原體。因3 為，吸移管提取的液體中可能會混有在顯微鏡下無法觀測到的這種微生物以外的微細物質，比如在光學顯微鏡下無法成像的病毒之類的東西，即無法排除液體裏面混進了微量雜質的可能性。換一種角度看雜質
要想有效地解決純度問題，或者說是雜質問題，也不是一點兒辦法都沒有。確實，無論你怎么努力，都無法使實驗樣品達到100%的純度。所以，這就要求我們從別的視點來處理這個問題。那就是，研究一下物質的“關聯性”。
20 世紀70年代末的時候，我進入京都大學學習。那個時候，我們都在京都大學裏面過著非常悠閑的日子，因為學校對於我們升級沒有任何限制。學分也只要在畢業前拿齊就好，大家的專業也都是在入學前就確定好的，不像東京大學那樣為了確定專業而拼命地去爭取分數，所以，老師對於考試的要求也比較寬松。
結果，由於這種校園生活太過自由，很多學生都墮落了，他們渾渾噩噩地過了四年，到要畢業的時候才拿齊學分。對此，他們的結論是“是教養科妨礙了我”(“教養”這門功課學分不夠的意思)。於是，也就出現了這樣一種情況，那就是剛剛高中畢業進來的大一新生裏面，混有很多大四的學生在聽課。
現在回想起來，這種松散的學校生活還是很有意思的。那個時候我學到了一個詞語-“關聯性”，關於這個詞語，我至今都還記憶猶新。
這是一篇關於非生物特性的文章。它的意思我們都看懂了，但卻沒有人能把它生動地翻譯出來。那個時候，有很多大四的學生把這個詞翻譯成“關聯性”，物質關聯性的方式。之後，這個詞語就深深地印在了我的腦海裏。
有這樣一種方法，那就是，如果無法再繼續淨化實驗材料，那么就證明一下對實驗材料進行提純的過程和實驗材料的作用之間是一種什么樣的“關聯性”。
我們舉例來說明一下：
如果一種粗制物質中DNA的含量只有70%，這時其性質轉化的效率不會很高。當你對實驗材料進行進一步的提純後，比如說，經過淨化DNA含量達到了99%，這時其性質轉化效率也相應地提高了。那么我們就可以說，DNA的純度與性質轉化作用之間是有一定關系的。如果發生了性質轉化作用的是混入實驗材料中的雜質，那么，隨著DNA純度的提高，雜質將相應地減少，那么性質轉化作用的效率也應該隨之下降。那么，在這種情況下，DNA的純度與性質轉化作用之間是沒有根本關系的。
研究的質感
很遺憾的是，在艾弗裏所處的那個年代，還沒有出現上述精密的判斷相關性的實驗。在那個體現性質轉化作用的實驗過程中，從某種3 程度上來說，由於菌的無常性(R型菌的菌體會經常吸收來自S型菌的DNA的重要部分，只有這樣才能順利實現性質轉化作用。而要想把這個過程給定量化則是非常困難的)，人們無法用明確的數值來表達這一轉化作用。即使如此，如果我們仔細研讀一下艾弗裏的論文就會發現，為了將這種現象定量化，他已經盡了最大的努力。
最終的結果是，艾弗裏是正確的，批判他的同事是錯誤的。那么，支撐艾弗裏一直進行研究的究竟是什么呢?艾弗裏就在洛克菲勒醫學研究所的那所叫醫學樓的6樓上，一心做著肺炎雙球菌的性質轉化實驗，那個時候是20世紀40年代，而當時他都已經60多歲了。當然了，他是主管研究室的教授，他有很多的研究員，但是，他仍然親自拿起試管，親自操作吸移管。研究室裏每個人的心中都對這個老教授充滿了敬意。
也許，始終支撐艾弗裏的，就是他手中那支試管裏DNA溶液的變化。他都已經把實驗材料DNA淨化到這種程度了，將它與R型菌混合在一起，就出現了S型菌。這不正是他繼續把實驗做下去的動力嗎?或者，我們也可以說這是一種研究的質感。這是一種完全不同於直覺的另外一種感覺。在很多情況下，很多發現或發明都是在科學家不經意間發現的。但是，我認為，在研究領域，直覺有時會起反面作用。如果你產生了“就是這樣”的一種直覺，那么在很多情況下，這都只不過是你的一種偏見，甚至是你思維陷入公式化的結果，這種直覺其實離自然界本來的存在狀態很遙遠。就拿性質轉化物質來說，如果你覺得導致性質轉化的不是有著簡單結構的DNA而是複雜的蛋白質，那么，你的這種想法就是你的直覺所產生的一種壞結果。
即使保留著雜質存在的可能性，艾弗裏也確信，只有DNA才是遺傳物質的本質，這不是一種直覺，其理論依據是擺在實驗桌上的實驗數據。從這個意義上來說，所謂的研究，就是個人的經營。
貫穿生命現象全部的結構
艾弗裏一直都保留著他那有著嚴格邏輯的論文。1948年，他從克菲勒醫學研究所退休了。艾弗裏一直單身，退休後他搬到了住在田納西州的妹妹那裏，度完了餘生。平時他就擺弄擺弄院子裏的花，去附近散散步，或者矗立在風中，在某一刻會猛然想起曾經在自己手中活靈話現的DNA吧。
當我向洛克菲勒大學的人們提起艾弗裏的時候，大家都對他抱有一種讓我覺得不可思議的熱愛。每個人都認為，艾弗裏沒有拿到諾貝爾獎是世界科學史上最大的不公平。他們認為，沃森和克裏克只不過是踩著艾弗裏的肩膀往上爬的不懂得謙虛的孩子。
我覺得大家都把艾弗裏當成自己的偶像似乎另有原因。在科學界裏，大家似乎都認為，只有早熟的天才，或者說，一個人只有在年輕的時候，才會有作出什么發明貢獻的能力。而艾弗裏卻是一朵遲開的花兒，他有力地改變了人們的這一觀點。另外，他還是個未曾被歌頌過的英雄。
但是，公正地說，艾弗裏也不是完全放棄了所有的榮譽。作為科學史上的先驅，他於1947年拿到了醫學研究獎。艾弗裏一生都不喜歡外出，最終他有沒有去出席頒獎儀式，我們都不得而知。另外，1965年9月，紀念艾弗裏的紀念碑在洛克菲勒大學校園裏落成。3 紀念碑上這樣寫道：
奧斯瓦爾德•艾弗裏(1877-1955)自1913 年起至1948 年，任洛克菲勒研究所研究員我們滿懷感激為他立下這塊紀念碑友人、同事敬上在DNA的排列中，有能使生命性質發生改變的重要信息。這是艾弗裏給我們帶來的毋庸置疑的重大發現。那么，這4種字母是通過什么方式來成為這一重要信息的載體的呢?
A、C、G、T這4個字母，用化學術語來講，叫核苷酸。核苷酸是DNA的構成單位。正是這樣的構成單位(字母)與這些字母的連接(文字排列)，構成了貫穿生命現象全部的一種結構。
當年被認為是遺傳物質本質的蛋白質的結構原理跟DNA的非常相似。蛋白質是紐帶狀的高分子，而這一紐帶則是通過若幹“珍珠”串成的，這些“珍珠”是一種被稱作氨基酸的化學物質。構成蛋白質的氨基酸共有20種。也就是說，氨基酸與原本的字母(26個文字)相匹配，構成了蛋白質的文字排列。這樣一來，蛋白質就有了多樣性和複雜性。蛋白質能使生命進行活動，並且控制生命，使其發出反應。DNA與蛋白質是一種並列的對應關系。
高分子 構成單位 種類 機能
核酸(DNA) 核苷酸 4種 遺傳信息的載體
蛋白質 氨基酸 20種 生命活動的載體
拉開分子生物學的序幕
抗生物質是一種能夠有效阻止細菌繁殖的藥物。青黴素和鏈黴素都是很有效的抗生物質。這兩種抗生物質曾經挽救了無數人的性命。但是，不久就出現了這些抗生藥所控制不了的細菌，這就是抗生物質耐性菌。
而到了今天，我們終於結束了這種無休止惡性循環的悲劇。甲氧西林和萬古敏素是最強的抗生物質，而耐性菌MRSA與VRE的出現，則造成了治療現場的再次嚴重感染。人類被迫從與微生物作戰的前線退了回來。
抗生物質不管用了。耐性菌能對抗生物質進行分解，或者說，能使抗生物質變成其他無害的物質。於是，這些耐性菌就獲得了一種新能力(性質)。這種能力能在不同的細菌之間迅速傳播。其原因就是，各種細菌的DNA之間進行了相互接觸。
如果將遺傳基因進行平移，非耐性菌就會轉化為耐性菌。在艾弗裏的實驗中，將病原體S型細菌的DNA與非病原體R型細菌混合後，R型菌就獲得了S型菌的性質，就是這個道理。艾弗裏所進行的實驗，在自然界中也會發生。
那么，DNA是以什么方式傳遞其性質的呢?在這裏，解釋DNA和蛋白質的並行關系是關鍵。DNA所傳遞的，歸根結底是信息，而實際上產生作用的是蛋白質。分解抗生物質的是一種叫做酶的蛋白3 質，能產生病原體的毒素及感染所必需的分子等的，都是蛋白質。將耐性菌轉化為非耐性菌，或者說，由S型菌轉化為R型菌的DNA上，有著產生分解酶或毒素蛋白質的設計圖。
艾弗裏去世後，擋在科學研究者面前的，是信息。這種只有4種字母組成的DNA是如何成為由20種字母組成的蛋白質的遺傳信息載體的呢?
其實這是一個非常簡單的謎。組成DNA的這4種字母當然不能與蛋白質字母一一對應了。那么，如果用這4種中的每2種字母對應1個蛋白質字母呢?如果這樣的話，總共是4×4=16種字母，但要想與組成蛋白質的20種字母對應，還相差太遠。DNA字母還可以4×4×4=64的方式按順序排列，這樣就沒問題了。事實上，在自然界中使用的就是這種排列方式。
關於“thisisapen”這組蛋白質字母，也就是氨基酸排列，我們可以用以下的DNA字母來與其對應。t與ACA對應，h與CAC對應，i與ATA對應，s與AGC對應。這樣的話，就是：
ACA CAC ATA AGC ATA AGC GCG CCG GAG AAC
t h i s i s a p e n
這樣，我們就可以把thisisapen轉換成一組密碼了。而原本簡單、沒有什么實際意義的高分子物質DNA，也就成了蛋白質排列信息的載體，並能夠將這些信息保存起來，搬運到其他地方，成為能夠進行複制的信息高分子。
另一方面，這僅有的4種字母有可能發生新的變化，這一點也是事實。舉例來說，如果pen中的e的密碼GAG這三個字母，由於某種原因(這裏所說的原因，可能是煙，或者是紫外線)，被換成了GCG，那么字母排列的意義就發生了變化，就成了thisisapan(這是一只平底鍋)。或者說，如果e被換成了i，那么，書齋裏的筆就馬上變成了大頭針(pin)。
實際上，自然界所出現的突然變異甚至進化，也都是DNA字母上發生了一些變化，然後導致蛋白質字母發生了變化，有的時候還可能引起相當大的變化。
艾弗裏的業績就在於，他證實了只有DNA才是遺傳物質的本質，這無論是在生命科學的世紀，還是在20世紀，都稱得上是最大的發現。艾弗裏的發現拉開了分子生物學的序幕，這一點是毫無疑問的。至於人們研究出了DNA的結構，對於DNA密碼的解讀等，所有這些DNA研究領域裏的狂風怒濤，都是艾弗裏退休以後的事情了。
艾弗裏的這一發現在人類曆史上有著劃時代的意義，即使把科學領域裏所有的榮譽都給他，也絲毫不為過。但是事實上，在科學界裏，有著非常重大意義的發現還是相當多的，所以，我們說這話似乎又為時過早了。
