为什么说DNA分子双螺旋结构模型的诞生是生命科学划时代的事件？

评价DNA分子双螺旋结构模型在生命科学领域的意义~

　　DNA双螺旋结构：有两条DNA单链，反向平行，一段由3’端开始，一段由5‘端开始，螺旋成双链结构。外部是磷酸和脱氧核糖交替构成的，内部碱基遵循碱基互补配对原则（A-T,C-G），碱基之间是由氢键连接，脱氧核苷酸之间由磷酸二脂键链接。双螺旋模型的意义：双螺旋模型的意义，不仅意味着探明了DNA分子的结构，更重要的是它还提示了DNA的复制机制：由于腺膘呤(A)总是与胸腺嘧啶(T)配对、鸟膘呤(G)总是与胞嘧啶(C)配对，这说明两条链的碱基顺序是彼此互补的，只要确定了其中一条链的碱基顺序，另一条链的碱基顺序也就确定了。因此，只需以其中的一条链为模版，即可合成复制出另一条链。
　　DNA双螺旋结构的提出开始,便开启了分子生物学时代.分子生物学使生物大分子的研究进入一个新的阶段,使遗传的研究深入到分子层次,"生命之谜"被打开, 人们清楚地了解遗传信息的构成和传递的途径.在以后的近50年里,分子遗传学,分子免疫学,细胞生物学等新学科如雨后春笋般出现,一个又一个生命的奥秘从分子角度得到了更清晰的阐明,DNA重组技术更是为利用生物工程手段的研究和应用开辟了广阔的前景.在人类最终全面揭开生命奥秘的进程中,化学已经并将更进一步地为之提供理论指导和技术支持。

　　这个解释起来其实要数学和物理很好 不知道你要详细到什么地步的 所以……
（以下内容摘自网络）PS.如果满意请采纳~谢谢~~ :）
DNA为什么是双螺旋结构
（撰文：夏烆光）
内容提要:本文从力学的角度出发阐明：蛋白质分子为什么是螺旋式的结构?DNA为什么是双螺旋结构?核苷酸分子为什么只能有四种类型?以及它们的自我复制功能为什么是唯一的?反过来,从蛋白质分子和DNA分子的螺旋状结构中证明,微观粒子存在着螺旋式前进的运动规律.进而,证明广义时空相对论所给出的理论结果本身的正确性.
一 引 言
1909年,丹麦植物学家约翰逊用“基因”一词取代了孟德尔的“遗传因子”.从此,基因便被看作是生物性状的决定者,或者说,被看成是生物遗传变异结构和功能的基本单位.1926年,美国遗传学家摩尔根发表了著名的《基因论》.他和其他学者用大量的实验证明,基因是组成“染色体”的“遗传单位”.基因在染色体上占有一定的位置和空间,并呈现为直线排列.这样一来,就使孟德尔关于“遗传因子”的假说,体现到具体的遗传物质——基因这一概念上.这个结论,为后来进一步研究基因的结构和功能奠定了最初的理论基础.尽管情况如此,但当时的人们并不知道“基因”究竟是一种什么样的物质.直到上个世纪40年代,当生物科学工作者弄清楚了“核酸”,特别是脱氧核糖核酸（简称DNA）,乃是一切生物传宗接代的遗传物质时,“基因”这一概念才有了确切的生物学内涵.其间,1951年科学家们在实验室里获得了DNA的结晶体；1952年又获得了DNA的X射线衍射图谱.在此基础上,于1953年,年仅25岁的美国科学家詹姆斯?沃森与37岁的英国科学家西斯?克里克共同阐明了这个划时代的学术成果,——他们从DNA（脱氧核糖核酸）的X射线衍射图上解读了它的“双螺旋结构”.DNA双螺旋结构的发现,开创了分子生物学的新时代,它使生物大分子的研究跨入了一个崭新的研究阶段,并使遗传学的研究深入到了分子层次,从而迈出了解开“生命之谜”的重要一步.
应该承认,当时的两项科学成就对DNA“双螺旋结构”的发现起到了至关重要的作用.一是,美国加州大学森格尔教授发现了蛋白质分子的螺旋状结构；二是,X射线衍射技术在生物大分子结构研究中得到了实际的应用,从而有了观测分子内部结构的实验手段.正是在这样的科学背景和研究条件下,才促使沃森来到英国剑桥大学与克里克合作,致力于研究DNA的结构模式.他们通过对大量X射线衍射实验结果的分析与研究,提出了DNA的双螺旋结构模型.这项研究成果发表在1953年4月25日英国的《发现》杂志上.在随后的日子里,科学家们便围绕着DNA的结构和作用,陆续地展开了进一步的研究工作,取得了一系列的重大进展,并于1961年终于成功地破译了“遗传密码”,以雄辩的实验依据证实了DNA双螺旋结构这个结论的正确性.沃林、克里克、威尔金斯等三人,因此而共同分享了1962年诺贝尔医学生理学奖.（参见[1]）
二 核苷酸只有四种结构模型
基因（DNA）是自然界唯一能够自我复制的生物分子.正是由于DNA的这种精细准确的自我复制功能,为生物体将其祖先的生物特性传递给下一代提供了保证.现代生物学研究已经清楚地证明,NDA是由大量“核苷酸分子”组成的生物“大分子”.核苷酸分子有四种类型,它们按着不同的顺序排列,构成了含有各种遗传信息的生物基因（DNA）.基因是包含着特定遗传信息的脱氧核糖核酸片段.
实验证明,“大肠杆菌”是一个品系繁多的大家族,其中有成千上万种不同的类型.生物学的研究发现,一些品系的大肠杆菌,本身缺少指导合成某些特殊营养物质的基因,因此,它们必须从培养基中直接摄取营养物质才能生活,——这样的大肠杆菌,被生物学称之作“营养缺陷型”.例如,大肠杆菌K不能合成苏氨酸（T）和亮氨酸（L）；而它的另一个品系则不具备合成生物素（B）和甲硫氨（M）的能力.实验表明,如果把这两种大肠杆菌中的任何一种单独放在缺少T、L、B、M的培养基上都不能生长.但是,当我们把这两种品系的大肠杆菌混合在一起,然后放到缺少TLBM这四种物质的培养基上,却奇迹般地长出了新菌落.这是为什么呢?简单地说：就是因为在大肠杆菌K的DNA中,缺少T、L两种基因,而只含有B和M两种另外的基因；同样,在另一个品系大肠杆菌的DNA中,虽然不具备B和M基因,但却含有前者所缺少的T、L两种基因.把这两种营养缺陷型的大肠杆菌放在一起,就等于把四种基因放在一起来进行培养.这样一来,前一品系细胞中的DNA,就有可能通过细胞膜进入后一品系的细胞中,使两种类型的DNA之间进行基因重组,从而形成含有T、L、B、M四种基因的新型大肠杆菌.
我们说,生物学的这一重大发现,仅仅证明DNA本身具有双螺旋结构,但是,这里并没有指出,形成这种双螺旋结构的物理原因是什么.作为深入的学术研究,完全有必要弄清以下问题：1、蛋白质分子为什么是螺旋状的结构?2、DNA分子为什么是双螺旋式的结构?3、核苷酸分子为什么只有四种类型?4、由核苷酸分子所构成的DNA分子,能够唯一自我复制生物分子的原因是什么?而本文将从力学的角度上,探索并尝试地回答这些新问题.
三 蛋白质分子为什么是螺旋结构
这里,我们先来回答：蛋白质分子为什么是螺旋状的结构?为了回答这个问题,必须先来简单地介绍一下微观粒子的运动特征.根据《广义时空相对论》的理论结果知道,微观粒子的运动规律是：在不停“自旋”的同时,又绕着某个轴线、以一定的旋转频率和旋转半径不停地“公转”.加上粒子本身的直线运动,就自然地构成了一种螺旋式的前进运动.这里虽不是在讨论理论物理问题,但为使大家对这个结论确信无疑,还是需要简单地介绍一点广义时空相对论的相关理论.
诚如所知,在广义时空相对论中（参见[2],§21）,我曾经指出：若曲线M(t)是给定参数t的方程,利用基本矢量τ,μ来表达二阶导数d2M/dt2,并注意到,如果参数t代表着时间,则二阶导数d2M/dt2就是M点运动的“相对加速度”.把等式
dM/dt =τds/dt (1）
对参数t微分,就得出：
d2M/dt2 =τd2s/dt2+(dτ/dt)·(ds/dt) (2）
按照复合函数的微分法则,则有：
dτ/dt =(dτ/ds)·(ds/dt)
再将
dτ/ds = kμ （3）
代入等式(2）中,便可以得出：
d2M/dt2 =τd2s/dt2+μk(ds/dt)*2 (4）
由此可见,相对加速度d2M/dt2可分成两项：一个是切向加速度矢量；另一个是法向加速度矢量.
下面,我们用运动时钟的读数t*来替换方程(4）.为此,需要把曲线的特别参数s写成如下的函数关系：s = s(t*).这里,我们约定：一阶导数s’(t*)是站在动点M上的观测者,用运动时钟所得出地关于动点M的绝对速度.这个绝对速度可以是常数,——对应着没有外力作用的保守体系；也可以是时间坐标t*的函数,——对应着外力作用引起的绝对速度的变化.同时,我们还要约定：运动是匀加速的.由此而来,把上式对运动系的时间坐标t* 微分两次,便可以得出：
ds = s’(t*)dt* (5）
以及,
d2s =[s’(t*)dt*]’dt*=s’’(t*)dt*2 (6）
令绝对速度
υ= s’(t*)
以及绝对加速度
η= s''(t*)
于是,便可以得出：
ds =υdt*；
以及,
d2s =ηdt*2 (7）
由于这里是“纯量”之间的微分运算,所以不必考虑绝对速度和绝对加速度的方向.再者,由于这里只限于讨论“绝对加速度”为常数时的情况,因此,我们将(5）和(7）式同时代入(4）式,便可以得出：
d2M/dt2 =(ηdt*2/dt2)τ+ k(υdt*/dt)2μ (8）
不难看出,上式等号右边的第一项代表了动点M的切向加速度,而第二项代表了它的法向加速度.等式左边的二阶导数d2M/dt2则是静止观测者、用静止的钟、所得出的动点M在曲线M(t)上运动的“相对加速度”.显然,这个“相对加速度”乃是“切向加速度”与“法向加速度”的矢量合成结果.
下面,我们来研究在均匀引力场中,物质的运动方程.为了简便起见,这里选择微观粒子沿着X轴方向的运动为运动的正方向.这里区分为两种运动状况来加以考虑.
第一,粒子在自由空间中的曲线运动
按照广义时空相对论的观点：在相互作用传播速度有限性的前提下,运动系上的钟、与静止系上的钟,不可能绝对地同步地记录到一个运动事件的两种不同的时间坐标t*和t.因此,如果利用不同的参变数t和t* 来表示(4）式的话,则相应的数学形式也就有所不同.根据本文讨论的需要,我们直接按照广义时空相对论的理论结果,写出运动时钟的纯量读数t* 和静止时钟的纯量读数t之间的关系：
dt* =ξdt,或 dt*/dt =ξ (9）
其中,
ξ= c/(c2 +υ2)1/2 (10）
对于自由空间中的匀速运动,(8）式中的η= 0,并且υ是常数,由此而来,(8）式右端的第一项等于0. 以及ξ是常数.于是,把(9）式代入(8）式便可以得出：
d2M/dt2 = k[υ2c2/(c2 +υ2)]μ (11）
再把关系式
V = υc/(c2 +υ2)1/2 (12）
代入上式,则有：
d2M/dt2 = kV2μ (13）
我们用曲率半径ρ= 1/k代入上式,则有：
d2M/dt2 = (V2/ρ)μ (14）
这就是“匀速圆周运动”的基本公式.这一结果表明：在一个与外界没有任何联系的封闭的自由空间内,物体的绝对线速度υ和相对加速度都是常数,且其方向指向圆心.它的运动轨迹则是一个封闭的圆周.当体系本身具有恒定的初速度υ0时,它的运动轨迹就是一条等螺距的螺旋线.
第二,粒子在均匀引力场（η= Const.）中的运动
按照(9）式,则有：
dt*2/dt2 =ξ2 = c2/(c2 +υ2) (15）
在η等于常数的情况下,将(15）式代入(8）式,并引入相对加速度符号a(t) = d2M/dt2,得出：
a(t)=τηc2/(c2+υ2)+μkc2υ2/(c2+υ2) (16）
然后,再引入符号V2/ρ=ω公2ρ,以及ω自2 r =(ηV2/υ2), 其中,ω公为粒子的公转频率,ω自为粒子绕着质心“自旋”的角频率,r代表微观粒子本身的半径,则上式就可以改写成：
a(t)=(ω自2 r)τ+ (ω公2ρ)μ (17）
这就是在均匀外力作用下（η≠0）,微观粒粒子的运动方程.不难理解,如果没有这种均匀外力的作用,微观粒子就不会具有自旋分量,即上式中的第一项.
在上式中,如果把第一项代表切线方向的相对加速度,第二项代表了主法线方向的相对加速度.而切线τ方向的相对加速度代表着微观粒子的“自旋”,而主法线μ方向的相对加速度代表着微观粒子的“公转”.这两种加速度的合成结果,导致微观粒子在前进运动的同时,伴随着自旋以及绕着前进方向为轴线的公转.其轨迹是一条螺旋线.不言而喻,所有化学元素的分子,例如氮（N）、氢（H）、碳（C）的分子等都是微观粒子,因此,它们一定会呈现螺旋式的运动状态.在这种运动状态的影响下,由碳水化合物所构成的蛋白质分子必然会出现螺旋状的结构.
四 核苷酸的类型与双螺旋结构的原因
根据微分几何的理论结果,我们知道
d2M/dt2 =τd2s/dt2 +μk(ds/dt)2 (18）
以及
d2M/ds2 = kμ (19）
现在,我们把上式的二阶导数d2M/ds2再对具有“内蕴意义”的参数“s”微分,就得出了它的三阶微分关系式.不过,这里并不是直接把二阶导数d2M/ds2 = kμ对特别参数“s”进行微分,而是把这个式子右端的矢量μ和曲率k的乘积进行微分.由于从这里出发会使问题大为简化,所以,我们的讨论将从对矢量μ的微分开始,然后所得出的不变式来表示三阶导数d3M/ds3、以及d3M/dt3.不过,这里不准备进行具体的分析与讨论,而是直接地引用微分几何的理论结果（参见[3],第69—72页）,写出三阶微分邻域的不变式如下：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ+ζβ；dβ/ds = -ζμ (20）
其中,β是副法线方向上的单位矢量.它的方向垂直于由τ和μ相交后所构成的平面.上式中各公式的符号是选择了“右旋坐标系”时的情况.倘若是改为“左旋坐标系”,对于曲线M(t)的定向运动来说,在切矢量τ改变方向时,在切线单位矢量τ与主法线单位矢量μ确定的旋转方向下,公式(20）所确定的副法线单位矢量β将改变自己的正方向.所以,由方程(20）所确定的不变式“ζβ”也随之改变符号,即：由（+ζβ）变成了（-ζβ）；为了保持曲线M(t)的不变式ζ的符号,必须在公式(20）中改变矢量“β”的符号.这样一来,在左旋的坐标系中,相伴三面形单位矢量导数的“基本关系式”可以写成下列的形式：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ；dβ/ds = -ζμ (21）
其中,“ζ”是曲线的“挠率”,而r = 1/ζ是曲线的“挠率半径”.其中,符号“ζβ”的“正”与“负”,代表着参数相同的两个粒子之间的“自旋方向”刚好相反.
下面,我们取dβ/ds = 0,——它代表着微观粒子的自旋轴的方向始终平行于粒子的前进方向,且β的数值不跟随着粒子的运动路程而变换.结果,上式就可以化成：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ (22）
上式表明,刚体的任何运动都可以分为两个部分：一是远离坐标原点的平行移动；二是绕固定轴的转动.换言之,在每一个给定的瞬间,物体的运动都是由两个基本的运动所组成：第一,平移——此时物体在每一给定的时间内,它的各个部分都具有相同的运动速度.第二,转动——此时物体上的某一条直线固定不动,而物体的其它部分则绕着这个固定的直线旋转.而这种旋转可以分成两个部分,一个是绕着固定旋转轴的“公转”,另一个是绕着粒子质心的“自旋”.正如（17）式所示,第一项代表着粒子围绕着质心的“自旋”；而第二项代表着围绕前进方向的“公转”.
不难理解,在上述约定的前提条件下,当粒子在前进（dτ/ds＞0）、或后退（dτ/ds＜0）的过程中,相伴三面形T(M,τ,μ,β)的顶点M都同时包含着“平移”和“转动”两个方面.这里所包含的平移和转动,总共可以分成四种情况,分别由下列四个关系式来单独地确定：
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ+ζβ； ………… ①
dτ/ds = kμ；dμ/ds = - kτ-ζβ； ………… ② （23）
dτ/ds = - kμ；dμ/ds = kτ-ζβ； ………… ③
dτ/ds = - kμ；dμ/ds = kτ+ζβ； ………… ④
在上述四个关系式中,曲线上的每个动点M联系着一个相伴三面形T(M,τ,μ,β),它是由曲线上对应点发出的“切矢量”、“主法线矢量”、“副法线矢量”所构成的“直角三面形”.这些关系式不仅给出了平移的“正方向”与它的“反方向”,而且给出了每种情况下的转动.单纯地就转动而言,这些公式一方面给出了“左旋公转”与“右旋公转”的情况；另一方面给出了顶点M围绕着自己的质心“左旋自旋”与“右旋自旋”的情况.当相伴三面形的顶点M移动时,动点M所描绘的运动轨迹就肯定是一条螺旋状的曲线.值得指出的是,在粒子构成的“自旋”中,η≠0是至关重要的.正是基于自旋的存在,所以才能出现以上四种独立的运动类型.这里,如果我们把η≠0看成是地球引力场的作用,那么,上式所代表的自旋一定与引力场的性质有关.
普遍的规律,对于两个基本相同的粒子来说,只有它们的自旋相反时,才能发生“耦合作用”而成对地出现.并且,只有自旋相反的粒子之间实现了耦合,其状态才是最稳定的状态.基于这一考虑,我们大胆地推测：核苷酸分子总是成对地耦合在一起.假如情况真地象我们推测的那样,再考虑到每个核苷酸分子的运动轨迹都是螺旋式的结构形状,那么,由这些成对存在着的核苷酸分子所构成的DNA分子,就必然具有双螺旋式的结构特征.另外,由于粒子的自旋运动来自于所在星球的引力特征,以,地球上生物的DNA分子,在一定程度上受到了地球引力的影响.
为了形象的理解上述观点,我们不妨反过来思考,即从DNA分子的双螺旋结构中,反过来考虑微观粒子螺旋式的运动状态.广义时空相对论业已证明,只有这种螺旋式的运动状态,才能体现出微观粒子“波动性”与“粒子性”的对立统一.——即微观粒子的“波粒二象性”.如果不是这种运动状态,将难以解释微观粒子的“波粒二象性”.实际上,这种理解方法在物理学中被经常地运用.例如,在中学物理中,人们就是利用“铁粉”在磁场中的分布状况,来证实“磁力线”的存在.正如所知,磁力线本身是看不见的,所以人们只好通过铁粉在磁场中的分布状态,来间接地证明磁力线本身的分布状况.有了铁粉的分布状况,就间接证明了磁力线的形状.
再者,由于只有那些自旋相反的核苷酸分子才能够相互耦合而成对地出现,并且这些自旋相反的核苷酸分子的耦合结果只能具有以下四种可能,因此说,所有核苷酸分子只有T、L、B、M四种类型.为了明确,我们把（23）式中的四个式子间的可能耦合列成下表.
耦合条件 公转方向相同 公转方向相反
自旋方向必须相反
①—②,③—④
①—③,②—④
上表列出了核苷酸分子各种可能的耦合关系.从上表所列出的耦合关系可以看出,核苷酸分子的耦合情况只能是表中所列出的“四种组合”,即：①—②,③—④,①—③,②—④.在给定的、均匀的引力场中,这四种结构特征应该是唯一的.所以,地球上生物体的DNA分子只能有四种类型,并且这四种类型DNA分子的自我复制功能也是唯一的.进一步地考虑,生物体的遗传特征,在一定的程度上取决于所在星球上的引力特征.改变引力场,有可能改变DNA分子的形状.
五 结 论
总之,通过上述讨论,回答了四个问题：一是蛋白质分子螺旋结构特征的力学原因.二是,核苷酸分子成对出现的力学原因；三是,由于核苷酸分子的成对出现,所以DNA分子必定是双螺旋结构；四是,由于同种核苷酸分子的耦合只能有四种情况,所以导致了DNA分子只能有四种类型,以及它们唯一的自我复制功能.再者,通过蛋白质分子的螺旋结构和DNA的双螺旋结构特征,反过来证明了微观粒子的运动形态的螺旋式特征.而且,只有这种螺旋式的运动特征,才能真正体现出微观粒子的波动性与粒子性的统一,进而证明广义时空相对论的正确性.
参考文献：
[1]《DNA双螺旋结构发现的前前后后》 作者：徐九武,科报网,《生命科学的里程碑》.
[2]《广义时空相对论》夏烆光著,人民交通出版社,北京,2003年1月 第一版.
[3]《微分几何教程》[苏] С.П.芬尼可夫 著,施祥林、徐家福 译,高等教育出版社,1954
年 7月第一版.

1953年4月25日，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克在英国《自然》杂志上发表了描述DNA双螺旋结构的论文，这短短两页论文所披露的研究成果已成为20世纪人类科学史上最重要的里程碑事件。50年来，这一科学事件已经以各种方式影响了我们的生活，并将长久地影响着人类的科技和文明进程。为了纪念这一划时代的科学发现，探讨生命科学在新世纪的发展趋势，本刊日前特邀部分知名学者座谈，畅谈这一重大发现的意义及深刻的启示。

DNA双螺旋发现的科学意义

为什么说DNA双螺旋发现的意义重大？沃森和克里克所选的DNA双螺旋这一点，正好抓住了生命科学物质基础里最关键的分子，才产生这么大的意义。由此看来，怎么才能够抓住那些最重要的问题，是在科学上有所创新的关键。

李载平：为什么说DNA双螺旋发现的意义重大？科学上的许多工作虽然都是做在某一点上，但这个点选得准不准意义是不一样的。沃森和克里克所选的DNA双螺旋这一点，正好抓住了生命科学物质基础里最关键的分子，才产生这么大的意义。

50年以来的发展也越来越清楚地证明，要研究生命科学就要知道生命世界和非生命的物质世界有什么不同，这个不同主要在于生命系统有两个特点，一是遗传，另一个是发育。无论植物或动物，都能从种子或胚胎这些很简单的系统发育成非常复杂的成体。DNA分子正好“肩负重任”，把遗传和发育两方面的工作都负担起来了。根据沃森写的那本《双螺旋》看，他就是想抓住基因是怎样荷载信息的。我觉得他正是抓住了生命科学研究领域里最重要的分子的结构，所以一旦这个突破了，意义就大了。然后由它衍生出来的一些陆陆续续的科研成果，像中心法则、mRNA、遗传密码等一大堆成果，都取得了诺贝尔奖，（在这个领域的研究先后产生了几十位诺贝尔奖获得者）。为什么呢？就是因为他们抓住了最关键的东西。有一篇访谈里写得很有意思，与其说沃森和克里克让DNA有名了，不如说是DNA让他俩出名了。所以，怎么才能够抓住那些最重要的问题，是在科学上有所创新的关键。

赵寿元：我同意李载平先生对沃森和克里克发现双螺旋工作的评价。从遗传学角度来讲，实际上遗传学到目前为止解决了三个问题：首先要解决的是为什么会遗传，上代和下代为什么相像？这是孟德尔和摩尔根解决的，由当时被孟德尔称为“遗传因子”、1908年被定为“基因”的物质来传递。基因排列在染色体上，一分为二可以传给下一代。由于有基因把遗传信息传递下来，所以才会有种瓜得瓜、种豆得豆。这是孟德尔和摩尔根的主要贡献，也就是阐明了传递遗传信息要通过基因。

探讨基因是什么引出了第二个问题。摩尔根预言，基因是一种化学实体，一种有机分子，但那时他还不知道就是DNA。明确遗传物质是DNA，这第二个问题就解决了。而沃森和克里克正是解决了DNA是怎么把遗传信息传递下去的问题。基因之所以能传递遗传信息，是因为它是一个双链，这个双链上的四个碱基是互补的，这样一个母链就能被分为两个子链，每条子链带的信息跟母链相同。从遗传学的角度讲，过去是从杂交来看，如果性状改变了就说明基因发生了改变，这是从外面看到里面；知道了DNA是遗传物质以后，就可以把DNA分离出来、把基因克隆出来，在体外把基因改变以后（通过表达）看看它的功能有什么改变（从里面看到外面），这样就可以直接研究基因的功能，这就开辟了一条新路，不但提升了对生命现象的认识，而且可以由实验操作来验证，这是非常了不起的事情。

吴家睿：我先来谈一下从历史学的角度来看DNA双螺旋发现的意义。我比较同意刚才赵先生、李先生说的，DNA双螺旋的发现实际上是一个对统一性、简单性的追求，这里暗含了一个还原论的思想，就是说，所有体系哪怕是像生命这么复杂的系统，都可以用最简单的物理学定律来解释，或者倒过来说，再复杂的系统也要服从最简单的规律。正因为有了这种还原论的思想，才有了随之而来的生物学的发展，因为它基本是一种实验室的操作，把复杂的现象变成一个简单的现象来加以解释。

但还原论在今天也遇到了一些新的挑战，尽管我们可以将（复杂的生命现象）还原到一个简单的DNA分子，但是，理解了DNA双螺旋分子是不是就等于揭示了生命现象了呢？举个最简单的例子，癌症直到现在都无法被攻克，这说明什么，说明复杂的生命现象还不能简单地用还原论来加以解释。基因组的功能实际上就不是一个单独的基因的行为，而是成千上万个基因作用的结果。在人的基因组里，只有2％到2.5％是基因编码序列，80％是别的非编码序列，那么这些序列跟基因有什么关系呢？光DNA双螺旋结构是不能解释的。进一步讲，这2％中也有成千上万种基因，这些基因之间的关系又是什么？这些以现有的生命科学知识很难给出一个完整的解释。

生物学、物理学交融互补的成果

未来分子生物学要再创辉煌，真正解开生命起源之谜，不仅要依靠生物学本身的新转变，而且还需要生物学借以为基础的数学、物理学、化学等学科愈益深入的新进展，如此才能促成新世纪生物学的伟大革命。

沈�：我是学物理，又是教物理的，不免时时由衷地赞叹并颂扬：美哉，物理！其实，最美的或许是生命科学，因为它揭示了生命的本质、生命的意义。就如DNA双螺旋结构，具有明显的对称性，也相当简洁明了，并通过碱基的互补配对而变得十分规则。难怪沃森等人当这模型一建成，便意识到“如此雅致美观的结构非存在不可”。从审美观点而论，各学科本亦相通；可谓美的东西往往不至于失真。

20世纪四、五十年代，有不少人在探索DNA的结构，为什么沃森和克里克会捷足先登？这两人可算得绝妙的互补型搭配：沃森是热衷于利用物理方法研究生命物质之分子结构的生物学家，克里克是醉心于探讨生命物质遗传学机制的物理学家。幸运的是，已有许多科学家做了大量有效的前期工作，而他俩能博采众长、充分利用已有的成果。他俩的长处，或许是对X射线技术及其探测结果非常重视，特别是克里克，对这门技术相当娴熟；从对X衍射图的正确分析出发，而能灵活、果断地设定DNA的空间结构。洞察探测结果，又加上丰富的想象力，自然就比别人走前了一步。而最重要的，我以为大概是“时势造英雄”吧。当时，生物学从实验到学科本身的发展，已到了试图从分子水平揭示生命本质的阶段，物理学和化学的进步，从概念、原理到方法和实验手段，已为生命物质的深层次研究准备了足够的条件。生物学与物理学、化学的结合势在必行，分子生物学正待破土而出，克里克和沃森这两位作为应运而生的弄潮儿就登上了历史舞台。

最近几天重读了薛定谔的名著《生命是什么》，觉得薛定谔的一些观点含义颇深。不说具体的观点，只说一个总体论断。他说：“我们必须去发现在生命物质中占支配地位的新物理学定律”，这新原理不是别的，“只不过是量子论原理的再次重复”。分子生物学50年的发展历史正好证明了生命物质运动变化并不违背物理学的一些基本定律，而且在描述生命物质的分子之间、分子内粒子之间的相互作用时，需要借助于量子力学原理及其非线性的拓展形式。从长远看，生命科学的深层次研究必然会导致物理学产生新的突破。

未来分子生物学要再创辉煌，真正解开生命起源之谜，不仅要依靠生物学本身的新转变，而且还需要生物学借以为基础的数学、物理学、化学等学科愈益深入的新进展，以及借以为研究工具的高新技术如计算技术、信息技术等等“更上一层楼”，如此才能促成新世纪生物学的伟大革命。由此宏伟目标来看，某些高校重视生物学系科的建设，又加强对非生物学专业学生的生命科学基础知识的教学，应当说是极其必要的。

赵寿元：我认为，做到学科间的交叉这一点非常重要。双螺旋的发现就是很典型的生命科学和物理学的结合。1931年，量子学鼻祖尼尔斯·玻尔写过一篇文章《光与生命》，他提出，根据牛顿物理学的概念，世界上凡是在相同条件下，不论任何物质都服从同样的规律，因此，生命科学也可以用物理学的观点进行研究，而一旦用物理学方法研究，生命科学一定会上升到更高的阶段。

他的学生德尔布吕克开始对噬菌体进行研究，他确定噬菌体是最简单的生命物质，它没有像其他生命体那样具有那么复杂的遗传系统，但它也能进行复制，但在噬菌体复制规律的研究中能否发现以前没有发现的物理学规律，所以他才着眼于噬菌体的研究。

德尔布吕克后来在哈佛大学开了一个有关噬菌体的讲习班，沃森正是那个讲习班的成员，大学时他原本最喜欢的是鸟类学，后来听了德尔布吕克的讲习班后才转入生物化学领域的研究。此时在英国剑桥大学卡文迪许实验室里就是用X光衍射来研究蛋白质、噬菌体。所以当时沃森到了剑桥后，就着手与克里克合作，用X光衍射来研究核酸。这两个人的合作可以看作是生物学家和X光晶体学家走到了一起，当时他俩都受到了薛定谔1943年发表的演讲《生命是什么？》（后于1944年出版）的影响，在这之中，薛定谔对生命科学中很多基本的现象用物理学的概念进行解释，比如遗传密码的概念，染色体的非周期性结构等等。可以说，双螺旋结构的发现是物理学家长期介入，并真正参与和生物学家共同研究的结果。现在在斯坦福大学实行的Bio－X实际上就是这种好风气的延续。

我看到一个报道说，斯坦福大学Bio－X的工作已经重点转向本科生与研究生的课程，除了已经在生物学界很有建树的科学家相互讨论研究外，更重要的是让Bio－X的思想真正渗入到学生的课程中去，只有把生物跟其他学科的基础打扎实，才可能在今后有所建树、有所发展。

吴家睿：其实现在又到了新一轮的需要多学科交叉的时代。自从DNA双螺旋开辟了这么一个分子生物学实验科学的时代后，到现在我们发现，现有的工具不够了，于是就考虑能否从数学或物理学领域的新方法中找到需要的东西，把它们与生命科学再一次紧密结合起来。像复旦的Bio－X沙龙、交大的Bio－X中心等就是这种思想的体现。

赵寿元：物理学的介入对生命科学很重要。当时的物理学家之所以要进入生命科学领域研究生物学，他们是基于两个目的：一个是想看看在生命活动过程当中，现有的物理学规律能否解释生命的现象，另一个是想知道在生命科学中能否发现一些新的、迄今还不知道的新的物理学规律。因此他们把生物作为研究对象回归到物理学的本身。但目前为止，我的看法是并没有找到新的物理学规律，生命现象基本上还是一个生命物质的运动，而生命物质的基本构成与物理无机物是相同的，所以，基本的规律是遵从现有的物理化学规律。

李载平：但另一方面，物理学家那种思维方式和追求在生物学上还是取得了很大的成功。为什么呢？因为物理学家试图追求最基本、最简单的（对象），那么在生物学界存在这种最基本最简单的（对象）吗？过去，生物学家的研究是专门找不同的东西，发现一个细菌首先看它和其他细菌有什么差别，生物学家用这种方法考虑问题的太多，换个角度去追求相同点的却比较少，而追求“简单”与“同一”恰好是物理学家擅长的思维方法，所以我觉得，物理学家在这方面的介入很成功。如果是从前，谁能想象到世界上那么多复杂的生物，他们的遗传物质都是DNA，比如人和噬菌体的遗传密码几乎是一样的。当年达尔文提出进化论的时候，有人问他为什么树和人也有亲缘关系，达尔文答不出，但现在从遗传角度来看，树的遗传密码和人的也一样，所以把人的基因放到植物里去也能表达，同样把人的胰岛素放到细菌里也能表达出胰岛素来，这就是说生物界有着通用的遗传密码。这么个简单的规律把整个生物界变成一个“大一统”，所以这种追求简单的思维方式我觉得还是取得了很大的成功。

DNA双螺旋带来的启示

沃森和克里克确实很聪明，但他们的成功更重要的在于一种原创性的思维，这个非常重要。这种原创性的思维，恰恰是我们在教育中要注意培养的。

从遗传学的角度来说，双螺旋模型解决了遗传信息是怎么传递的这一问题，它的意义已远远走出了基因的范畴，在整个生命科学里都举足轻重。

陈蓉霞：沃森和克里克得奖以后确实有不少非议，比如，查伽夫讲过他们的工作是取巧的，不过是运气很好罢了。应该说，查伽夫的碱基配对理论对双螺旋工作是非常有启发的，可以想象，查伽夫为此不知在实验室中度过了多少日日夜夜，但从沃森有关发现双螺旋一书中的描写来看，他似乎没有花多少时间在科研上，难怪后来会有不少人对他们提出一些看法。对此我觉得，一方面沃森和克里克确实很聪明，但可能更重要的是，他们成功在于一种原创性的思维，这个非常重要，并不是说研究一个复杂课题，你就必须天天在实验室里才能做出来。这种原创性的思维，恰恰是我们在教育中要注意培养的。我记得看双螺旋那本书时有一个情节给我的印象特别深：有一次，查伽夫问克里克，他研究的碱基的分子式是怎样的，克里克总是说他写不出来，后来查伽夫就很轻蔑地说，你竟然连这个东西都写不出来，还想研究双螺旋，克里克不服气，辩解道这种分子式只要回去查书，每一本教科书上都能查得到，没有必要把它背出来。看到这里我非常感慨，在我们的教育中就是让学生们背的东西太多了。

赵寿元：值得指出的是，这些重大的发现在发现的当时并没有像现在一样能那么看清楚它的重大意义，就拿沃森和克里克的工作来说，他们的文章仅仅只有两页，登在《Nature》上面，很短很小的文章，当时也没有特别引起学术界的轰动，为什么呢？我举个例子：双螺旋模型是1953年提出，得诺贝尔奖是1962年，1953年到1962年间每年都是有生理学奖的，而他们是隔了9年之后才得了诺贝尔奖。当年得化学奖的是搞血红蛋白和肌红蛋白的肯德鲁和佩鲁茨。他们的文章是1960年发表的，1962年就得了诺贝尔奖，为什么呢，是因为当时对蛋白质作用的认识比较传统，一开始的时候很多人都认为基因是蛋白质，包括摩尔根，后来才证明是DNA。像这样有重大意义的科学发现或伟大成果，在当时的学术界都没有引起像现在这么多的重视和轰动；这件事给我们的一个启示是，我们对于一个基础研究的学术成果的评价恐怕主要要留给时间做评价，让历史做评价，而不是靠当时的炒作，有不少所谓的重大成果当时很轰动，但隔了一、两年以后它就烟消云散了。所以我的意见是，从遗传学的角度来说，双螺旋模型解决了遗传信息是怎么传递的这一问题。而现在来看，它的意义已远远走出了基因的范畴，在整个生命科学里都举足轻重。

结合沃森和克里克发现双螺旋结构这一事件并联系我们国家的情况，我觉得至少有两点应加以注意：第一，重大基础理论研究的成果有待于历史、时间来做结论和评价，这是最客观、最公正的，只要是真正有价值的工作，哪怕它被埋没的时间很长，它的光芒最终还是会显露出来，不会被永远埋没的，像孟德尔学说被埋没了35年，最后不是照样显露出它的光芒了吗？沃森和克里克的成果也是一样；第二，对基础研究方向的重大决策，切忌掺入非学术的眼光，要真正地广泛听取科学家的意见来作出正确的决策。

关注基因伦理问题

“人类”跟“人”是有差别的，人是有尊严的，在社会中生存的人有人格、有隐私权，但作为“人类”来讲，并不涉及所谓的“尊严”问题。经典的进化论已经说明人是由低等动物进化而来的，人和老鼠、猴子的DNA相似这一事实有什么可耻的吗？在讨论伦理学时，就要注意一些问题。

陈蓉霞：对于发现双螺旋结构的意义，我就不再赘述它带来的种种正面影响了，只是我看到最近有个现象，很多科普读物中都非常强调我们所有的行为，包括情感都是由基因所决定的。我们向来都很崇拜科学，觉得科学家讲的东西都有道理，这样会不会走向“基因决定论”而产生一些负面影响呢？从西方的观点来看，他们始终有两种张力，一种强调任何事情都必须寻求一个最终的原因（源头），扩展到生物学范畴的代表思想就是认为我们所有的一切都是由基因决定的，不少生物学家是这一思想的拥护者，包括社会生物学的开创者威尔逊，他们持有的观点是，“这是一个由基因决定一切的时代”，基因是不是能够决定一切，这个问题已经跨越了生物学的界限，应该有更多的学科来积极参与。

吴家睿：生命是独特的，有着它独特的价值，如果用物理学或化学来解释的话就不贴切了，所以在伦理学争论的背后，也隐藏着这个概念，不是能不能解释，而是我们愿不愿意用它来解释，西方普遍存在的一种观点是把人看作一台机器，而这样的话，人不就被贬值了吗？所以，当用DNA双螺旋来解释的时候，我们不得不考虑这个问题，当遗传信息被揭示了以后，是不是人的价值就没有了？换个角度，从商业上来看，遗传信息被揭示了以后，需要保密吗？打个比方，我们都知道，基因是决定遗传疾病的，如果一个人有遗传病，而他的基因没有保密，那么保险公司就会搜集这些信息，只找那些没病或只得小疾病的人加入保险，那么一定只赚不赔。所以国外对保险公司是否有权利搜集遗传信息展开过专门的讨论。当然还可以从伦理的角度来看，就像刚才赵老师所说的人和人类的区别，人类的基因组和老鼠的基因组一样是不是就对人是一种打击呢？这些问题都会变成一种伦理学上的问题。

赵寿元：对于基因决定论，我是同意基因是中心这一观点的，这没错。为什么呢？人和猴子的基因组的差别很小，但由人的基因发育出来就是人，猴子的基因组发育出来就是猴子而不会变人，人和小鼠的也一样。我跟学生上课时，第一堂课就是讲“基因型＋环境＝表型”，这是遗传学最基本的规律，基因型只有跟环境相互作用后才决定产生怎样的表型。举个最基本的例子，农民种苹果在没熟的红苹果上贴个“喜”字，成熟后撕下来，照着阳光的一面是红的，不照阳光的地方就是青颜色的。青色部分与红色部分的基因型当然是一样的，但环境不一样。所以可见，虽然基因是起决定作用的，但基因要通过和环境相互作用以后才能够决定最终的表型，出现特定的性状。

关于伦理的问题，有人说基因组的研究影响到了人类的尊严。这里需要指出的是，人类跟人是有差别的，人是有尊严的，在社会中生存的人有人格、有隐私权，但作为“人类”来讲，有何“尊严”可言？经典的进化论已经说明人是由低等动物进化而来的，人和老鼠、猴子的DNA相似这一事实有什么可耻的吗？在讨论伦理学问题的时候就要注意一些问题，比如人是从什么时候开始定义为“人”的，现在有三种说法，一种认为受精卵形成的一刹那就是人生命的开始，但体细胞可以克隆，可以不经过精卵结合、不经过受精过程，所以这种说法就有欠缺了；第二种说法认为，婴儿自母体出生以后才能算是人，那么胎儿在母亲肚子里时就不算是人，有人驳斥道，这样的话，做流产术不就等于杀人了么；第三种说法就是现在普遍由英国议会通过的怀孕14天后的胚胎算人，但严格地说是胚胎着床后发育成三层的胚层，已经具有发育成特定物种个体的“生物学独立性”了，它不可能再发育成别的个体，所以在拿怀孕14天以前的胚胎做实验是不犯法的，以后做就犯法了。但对于我们国家的伦理学，应该采取什么标准是一件相当棘手的问题，如果采取第一或第三种说法的话，就与计划生育相违背了，如果采取第二种说法，那么就应该取消对胚胎进行实验的所有的限制（因为那时候还不是人、不违法），但我们这里的伦理学家没有明确的立场，所以没有说服力。

未来生命科学的突破口

在完成了人类基因组测序后，还有更重大的发现、更大的挑战在等待着生命科学家。

在DNA双螺旋发现50周年、人类基因组破译完毕的今天，我们也可以这样思考，就是这一切并不代表着一门科学的终结，反过来说，我们现在又面临着一个新的转折期。

吴家睿：关于未来生命科学的发展，实际上在今天来说，DNA双螺旋引来的是现在的人类基因组计划以及所谓的后基因组时代，后基因组时代涉及到一个很大的问题，正如刚才李先生所说的，我们能否在测完序列后做到所谓的“破译生命遗传信息”，这实际上是一个很大的挑战，并不是说在完成了人类基因组测序后就只剩一些修修补补的工作，我认为应该是有更重大的发现在等着我们。事实上，就我们对基因组现有的理解来看，已经有很多现象是现有的知识很难解释的了，比如人和小鼠的基因组差异只有1％，这么微小的差别为什么会表现出如此巨大的物种间的差异？我曾经提出一个观点，产生这种情况不是因为它们在基因组上的差异，而是在由基因表达蛋白质的过程中，不同的蛋白质之间相互作用的差异，可能简单的生物蛋白质之间的相互作用简单，复杂的生物就相对复杂，比如同样10种蛋白质，在简单的生物中可能只有5种相互作用，到了高等生物中就可能产生20种相互作用。所以对我们来说，这些就完全是新的挑战了。

未来生命科学发展的路上肯定还有着许多根本性的重大东西等待着我们去寻找，就像20世纪初的物理学那样。本世纪初的物理学原本被认为只剩下一些修修补补的东西，但忽然一下子一个巨大的变化就诞生了量子物理学、相对论，使人们对整个物理学、整个世界的看法完全改变，今天的生命科学也许也面临着这么一个关口，从双螺旋引出的结果可能跳跃到另一个我们现在无法想象的一个全新的境界里。在DNA双螺旋发现50周年、人类基因组破译完毕的今天，我们也可以这样思考，就是这一切并不代表着一门科学的终结，反过来说，我们现在似乎又找到一个平台期，如果说DNA双螺旋的发现提供给我们宽广的领域和一个有利的工具的话，那么我们现在已经基本把这个工具用得差不多了，这个领域也开拓得差不多了，我们必须跳到一个新的领域去，我觉得这是我们现在纪念DNA双螺旋发现50周年之际应该去思考的。

我简单地说（楼上真是又长又臭，估计楼主也没有心情看完吧），DNA分子双螺旋结构模型的诞生开创了一门新的学科——分子生物学。它的提出就如马克斯·普朗克的同量子理论开创了量子力学一样，是生命科学史上最为光辉灿烂的成就之一

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汇川区14752931314： 为什么说DNA双螺旋模型的提出奠定了现代生物学飞速发展的基石 - ？
昌穆十全：[答案] 是正确了解分子结构,分子功能的开始.

汇川区14752931314： 为什么说DNA双螺旋结构的提出奠定了现代生物学飞速发展的基石? - ？
昌穆十全： 因为DNA双螺旋机构能够解释为什么亲代和子代的相似(遗传是什么?),变异等基本问题.这个问题清楚以后体外扩增DNA片段,人工诱导想要的基因,载体来把目的DNA片段导入宿主细胞内,特殊环境下培养得到想要的改变,想要的产物.还有提取中心法则解决以前无法解决的一些列问题. 所以说DNA双螺旋结构的提取是奠定了现代生物学飞速发展.如过疑问给我发条信,QQ:625698124.

汇川区14752931314： DNA双螺旋结构模型提出的意义? - ？
昌穆十全：[答案] DNA双螺旋结构的发现标志着分子生物学的诞生.不仅说明了DNA为什么是遗传信息的携带者,而且说明了基因的复制和突变等.

汇川区14752931314： 为什么说DNA 分子独特的双螺旋结构为DNA 的复制提供了精确的模板??? - ？
昌穆十全： 碱基互补配对

汇川区14752931314： 为什么说DNA的双螺旋结构为它的复制提供了精确的摸板? - ？
昌穆十全： DNA是主要的遗传物质,这个我想你应该明白 DNA上面的碱基可以通过碱基互补原则来进行配对 按照DNA上面的遗传信息精确的复制下去 因此可以说DNA的双螺旋结构为它的复制提供了精确的摸板

汇川区14752931314： dna分析独特的双螺旋结构 为什么 为复制提供了精确的模板 不要复制百度 懂的来说 不要乱说 - ？
昌穆十全：[答案] 这个首先你可以从DNA分子的双螺旋结构的主要特点来分析下 (1)DNA分子是由两条链组成,按反向平行的方式盘旋成双螺旋结构. (2)DNA分子中的脱氧核糖和磷酸交替连接,构成基本骨架(核糖在内侧) (3)两条链上的碱基通过氢键连接成...

汇川区14752931314： 为什么说DNA双螺旋结构模型对推动生物科学的发展具有重要意义 - ？
昌穆十全： DNA双螺旋模型首开纪元,促进了生物学的迅猛发展. DNA双螺旋模型的阐明,其重大意义可以由50年来生物学迅猛发展的不同阶段来分析.首先,是它促成了分子生物学的诞生.人类由远古牧猎、耕作开始,就积累了生物学的知识,一切的...

汇川区14752931314： DNA为什么要是双螺旋结构?？
昌穆十全： DNA是4个碱基的按两两配对的形式,形成两条很长的直线形的分子结构,这两条直线结构之间是相互结合在一起的. 按理说是形成两条平行线,但是却不是,是双螺旋结构. 我们可以这样想象,有两条绳子平行放在一起,当它们相互之间存在着应力时,就会自动绞合在一起,形成双螺旋结构,就是我们常说的绳子. 同样,DNA上面的分子间也有力的作用,所以它们就形成了双螺旋结构.

汇川区14752931314： 为什么DNA是双螺旋结构 - ？
昌穆十全： 你的因果关系关系搞反了:碱基堆积力:指在DNA双螺旋结构中,碱基对平面垂直于中心轴,层叠于双螺旋的内侧,相邻疏水性碱基在旋进中彼此堆积在一起相互吸引形成的作用力.DNA是双螺旋结构是进化的结果,双螺旋相比单链更稳定,保证遗传的稳定.

汇川区14752931314： 我想知道为何DNA是双螺旋结构,这样构形有什么优势. - ？
昌穆十全： 1.碱基a.t.c.g都被包在双螺旋内侧,有利于遗传信息稳定遗传,有效防止遗传物质丢失 2.结构稳定,嘌呤与嘧啶间配对正好使DNA满足螺旋对于碱基对空间的要求 3.节省空间,螺旋结构使DNA占据细胞核内更少的空间 4.等等,DNA进化为如此结构必然还有其许多优越性