谢晓亮悼沃森:DNA结构的世纪传奇以及一些回忆
20世纪最具影响力的科学家之一、DNA双螺旋结构的共同发现者、诺贝尔生理学或医学奖得主James Watson,于当地时间2025年11月6日仙逝,享年97岁,不胜惋惜。
如果说19世纪生物学最伟大的两项发现是孟德尔的遗传定律与达尔文的进化论,那么20世纪生物学最伟大的发现无疑是DNA双螺旋结构。1953年James Watson和Francis Crick在《自然》杂志发表的文章,揭示了遗传与变异在分子层面的本质。人类基因不外乎由DNA的序列来决定,孟德尔定律之所以成立,是因为DNA复制具有极高的保真度。达尔文进化论所描述的变异源自复制过程中的偶发错误。从此,生命的奥秘得以在分子层面研究解答。
这一发现意义非凡。没有DNA双螺旋结构,就不会有分子生物学的中心法则和遗传密码;没有DNA双螺旋结构,就不会有基于重组DNA技术的分子克隆;没有DNA双螺旋结构,就不会有人类基因组计划和个体化医疗。
1951年,年仅23岁的Watson前往英国剑桥大学卡文迪许实验室进修,在那里他遇到了Francis Crick。Watson的生物背景与Crick的物理直觉相得益彰,两人开始携手揭秘DNA 结构。
左:James Watson, 右:Francis Crick
1944年,Oswald Avery等人发现DNA是遗传物质。1952年,伦敦国王学院研究生Raymond Gosling在Rosalind Franklin的指导下,拍摄到了著名的“照片51”(Photo 51)——一张显示DNA B型结构的X射线衍射图像。1953年Franklin离开国王学院后,Gosling将这张照片交给了实验室主任Maurice Wilkins,而Wilkins在未征得Franklin同意的情况下又在几天后将这张关键的图像展示给Watson。
左图:DNA的化学结构;右图:B型DNA的X射线衍射图像(“照片51”)及其对应的双螺旋模型。
尚未公开的“照片51”为Watson和Crick的DNA双螺旋分子结构模型提供了关键的实验线索。Crick精通晶体衍射, 俩人搭建的模型中磷酸基团在外的双螺旋横截直径约为2纳米,每条链相邻两个碱基平面之间的距离为0.34纳米,每10个核苷酸形成一圈螺旋,上升高度约为3.4纳米,这些与照片51 完全吻合。而同一时期,当时已经获得诺贝尔化学奖的Linus Pauling也提出一种DNA结构模型,但他误将DNA描绘为“三螺旋”结构。
Franklin 和 Gosling在同期《自然》杂志报道了照片51和双螺旋结构, 但并未提出碱基配对;而Watson结合此前Erwin Chargaff化学计量学的发现(四个碱基A、T、C、G中A 与T的数量相等,C与G的数量相等),通过搭建分子模型提出了碱基互补配对的关键概念,具有重要的生物学意义。
当年Watson与Crick在剑桥时常去Eagle酒吧。酒吧外墙上的纪念牌两年前已悄然更新:“在这里——靠近旧卡文迪许实验室的Eagle酒吧——Francis Crick和James Watson首次庆祝了DNA双螺旋结构的发现。这项突破性的成果得益于Rosalind Franklin、Maurice Wilkins以及其他科学家的研究数据。”
Eagle酒吧更新后的纪念牌匾
1955年,回到美国的Watson开始在哈佛大学生物系任教。在那里,他引领了分子生物学的发展,造就了一批引领生命科学界的顶尖科学家,包括Walter Gilbert, Mark S. Ptashne以及James C. Wang (王倬)等。 Walter Gilbert 后来得了诺贝尓奖。Mark S. Ptashne 得了Lasker 奖。王倬早在我加入哈佛之前便担任 Mallinckrodt 讲席教授,是发现DNA 拓扑异构酶的华裔科学大家。
1968年,Watson离开哈佛,前往纽约冷泉港实验室担任主任。他将冷泉港建设为世界级的科研重镇,持续影响了年轻一代的卓越科学家,包括Phillip Sharp,Richard Roberts, Tom Maniatis, Michael Wigner, Robert Tjian, Bruce William Stillman等。冷泉港先后走出了8位诺贝尔奖得主,包括Phillip Sharp,Richard Roberts以及2位女性得主,以及多位Lasker 奖得主 ,如 Tom Maniatis, Bruce Stillman和Michael Wigner。华裔科学家Robert Tjian 后来成为了霍华德·休斯研究所(HHMI)的掌舵人。
冷泉港的一大特色是由Watson创立的系列学术会议和研修班。这一传统延续至今,极具影响力。我本人就多次参加,感慨其科学氛围浓厚,深受启迪。 Watson一生还撰写了多部经典教科书与科普著作,大多由冷泉港出版社出版。其中通俗读物《双螺旋》尤为知名,我早在北大上学时就认真读过。当时我还是化学系的一名本科生,对物理化学兴趣浓厚,不曾想后来从事了生物学研究。
1990年,人类基因组计划正式启动。作为该计划的倡导人之一,Watson被任命为首任负责人。这一由美国“国家队”领导的宏大科研工程最终在2003年与Craig Venter领导的“民间队”同时完成了对人类基因组的测序,成为人类文明的里程碑之一。当时中国对人类基因组计划的贡献了1%(来自华大基因)。
Watson在1981年首次访华,自此与中国科学界结缘。2006年,他来到苏州,与当地市政府深入交流。次年,冷泉港实验室与苏州工业园区签署合作协议,成立冷泉港首个海外分支——冷泉港亚洲(CSHA)。冷泉港高水平的学术研讨传统自此引入中国,截至目前已经举办了200多场国际前沿会议和高级培训班,为亚洲地区的生命科学研究提供了一流的国际交流平台。苏州生物医药产业园(BioBAY)应运而生,550余家生物医药高科技创新企业相继落户,推动了苏州生物医药产业的腾飞。我有幸担任冷泉港亚洲的科学顾问委员会(SAB)成员,而我的好友季茂业则担任CSHA的负责人。
2006年,Watson访问苏州时参观冷泉港亚洲选址,走在前面的是季茂业和Watson
我与Watson熟识,始于2018年“冷泉港亚洲学术中心”的揭幕仪式。揭幕仪式后,我与Watson一起作主旨报告。那天我分享了我与北大同事乔杰、汤富酬以及在苏州的亿康基因CEO陆思嘉(我哈佛实验室的博士)合作开发的胚胎植入前遗传诊断技术——这项技术迄今已使超过一万个患有单基因遗传病的家庭成功避免了疾病的后代传递。
2018年“冷泉港亚洲学术中心”揭幕仪式。左起:谢晓亮、James Watson、季茂业
听完我的报告后,Watson对我说:“我讲的是生物学的过去;而你讲的是生物学的未来。”我知道这是他善意的鼓励,更感受到他话里的真诚。我告诉他,我在报告中提到的“精准扩增单细胞全基因组”(试管婴儿筛查的科学基础)实验,还是我在2009年冷泉港参加单细胞分析研讨会(Single Cell Analyses)时受到的启发。
2018年在苏州生物医药产业园区,左起:谢晓亮、陆思嘉、James Watson
Watson对我真诚的鼓励也许有悖于人们对他的普遍印象——个性直率,言辞犀利,屡次陷入舆论风波。我还记得当年他作为冷泉港实验室主任回哈佛演讲时,对时任校长Neil Rudenstine说:“我当年之所以离开哈佛,是因为当不了哈佛校长。”台下哗然,众人目瞪口呆。我觉得他是个矛盾体,许是因为年少成名不避锋芒,他好以惊人之语博人眼球,即便招致非议也在所不惜。他所言未必出于恶念,也许可以归咎于他桀骜不驯的基因。
2018年,我决定离开任教20年的哈佛,全职回到我的母校北京大学。这不是一个简单的决定,也许源自我血脉里的爱国基因。另一重要原因,是我深信回国更可能让我做出好的science。回头来看这是个幸运的决定。临行前,季茂业带我去冷泉港Watson的家中道别。得知我要离开,他很理解也很支持,对我说,“中国需要你!”
2019年谢晓亮在Watson家中
那天,Watson送给我一本他亲笔签名的皮面精装版《双螺旋》,我一直珍藏。他还特意向我展示了那枚传奇的诺贝尔奖章。原来,Crick去世后,他的家人拍卖了他的诺贝尔奖章,当时一位中国商人以240万美元的价格买了下来。生前往往被Crick压一头的Watson童心大起,开始好奇自己的奖章价值几何。最终一位俄国富翁以410万美元竞拍成交,大大满足了Watson的好胜心。好在富翁拍下后将奖章原样奉还,并叮嘱Watson不要再卖。Watson将部分拍卖所得捐给了冷泉港,还有他的母校芝加哥大学。
Watson赠送的皮面装《双螺旋》和他那传奇的诺贝尔奖章
Watson知道我当时正在编写一本教科书。当听说我的进度有些缓慢时,他便以Linus Pauling为例,劝我尽快完成手稿,他告诉我1939年出版的The Nature of the Chemical Bond对Pauling一生的影响和成就至关重要。Watson的鼓励让我更坚定了把书写完的决心。遗憾的是,这一计划被新冠疫情耽误了三年。如今书稿终于接近收尾,本想等完成后给他寄去一本,可惜再不能如愿。
在我看来,James Watson对生命科学的贡献有以下五点:一是在剑桥发现DNA双螺旋结构;二是在哈佛推动分子生物学的发展;三是将冷泉港打造为生命科学重镇,建立尖端的学术研讨传统;四是推进“人类基因组计划”;五是积极促进与中国的合作交流,建立冷泉港亚洲。
人无完人,Watson 晚年对女性与黑人发表的不当言论引发巨大争议。我个人以为Watson这些言论并无科学依据,也为他的言行及其后果感到遗憾。但这并不应抵消他对人类理解生命本质所作出的开创性贡献。或许有人会说,即使没有Watson,迟早也会有别人发现DNA的双螺旋结构。但我认为,他的成功绝非偶然。Watson始终执着于最为重大的科学问题,绝不盲从权威。他懂得合作,虽不亲手实验,但善于集大成融会贯通。他是优秀的科学领导者,重视教学和科普,极力推动了分子生物学的发展,他一生倾力扶持青年学者成长。在与他的多次交谈中,我感受到的是他作为前辈坦率真诚、充满热情的学者形象。我们铭记的,是那位不断拓展科学边界、推动时代前行的科学家。
深切缅怀Watson教授,愿他安息。
作者简介:
谢晓亮,昌平实验室主任,北京大学李兆基讲席教授、理学部主任 (兼) , 北京大学生物医学前沿创新中心创始主任, 中国科学院院士,美国国家科学院、国家医学院、艺术与科学学院三院外籍院士。

