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【摘要】這個宇宙是個謎。DNA的密碼打開了一個重要的謎結,同時也顯示出下面一個更接近基礎面的新謎結。現在這個世紀讓我們瞭解DNA這個資訊分子的構造及功能。下一個世紀的挑戰將是:「它從何而來?」

DNA的結構以及它所揭發的生命密碼系統,是本世紀生物學最重大的發現。它不但詮釋了生命演化及遺傳的基本原理,更改變了我們對生命的基本概念,並且為人類打開了一扇主宰未來進化的大門。然而,生命密碼的發現也引出了一個難以解答的問題,那就是:它是如何出現的?

掀開遺傳因子的面紗

當我們提起DNA研究的輝煌成果,多數人立刻想到華生(Watson)與克立克(Crick)的雙螺旋模型(圖一)。實際上DNA研究的輝煌成果背後還有很多默默的英雄。第一位英雄,瑞士的密雪(Miescher)在一百三十年前首次(在膿汁中)發現DNA這化合物。後來的科學家發現所有的細胞中都有DNA,而且是在細胞核裡面。另一方面,比密雪稍早幾年,遺傳學祖師孟德爾(Mendel),也發現生物的各種特徵是一種遺傳因子所主宰。這種遺傳因子在接下來的半個世紀中,一直維持著抽象神祕的形象,沒有人能夠揭開它本質的面紗。本世紀初期的遺傳學家彼多(Beadle)與塔頓(Tatum)發現,每一個基因主宰一種蛋白質的合成,而每一種蛋白質在細胞中擔當不同的結構或功能。生物體的變異是由於蛋白質變異所造成,而蛋白質的變異乃是源自於基因的突變。但是,基因是什麼呢?它們顯然是存在於細胞核中的染色體上。生化學家知道染色體的成份是蛋白質和DNA。基因到底是蛋白質或者是DNA,還是其他東西呢?

細胞中的蛋白質無論種類、大小與結構都變化萬千。它的組成單位有二十種之多。相較之下DNA就顯得單調多了,它的構造單位只有四種含氮鹽基,而且除了這四種鹽基之外,別無他物。至於它的結構如何,起初很少人關心,因為大部份的人都以為基因是蛋白質構成的。要等到這世紀中期,新的研究結果才讓科學家開始有了DNA才是基因的念頭,解開DNA結構之謎的競賽才正式起步。但是這個競賽可以說才剛開始就結束了,因為DAN的結構很快就被兩個年輕人(二十三歲的美國博士後研究員華生和三十五歲的英國博士班學生克立克所解出)。構成DNA的四種單位,以線狀的形式排列在兩條互相纏繞的雙螺旋鏈子上(圖二),非常地規律和單調。但是DNA如果就是基因的話,它應該是千變萬化的,怎麼會是這樣單調的結構呢?華生與克立克的DNA結構提供了這個謎題的答案。原來基因的變化不是取決於DNA結構的複雜度,而是取決於四個單位的排列組合。就好像二十六個字母就可以組成無數的英文字詞,幾種音符就可以編譜出無限的樂章一樣,DNA中的四個字母可以排列出所有的基因變化。

遺傳密碼

上面的答案只解決了一半的問題,因為這樣含有四個單位的基因形式,怎麼造成含有二十種單位的蛋白質呢?華生與克立克的DNA結構無法提供這個答案,但是克立克和其他有些科學家提出「遺傳密碼」的說法,認為DNA中的ATGC排列順序是一種密碼,還必須再經過一種翻譯的過程才能做出蛋白質上的氨基酸序列碼。若要用四種核 酸編寫出二十種氨基酸,則每個氨基酸一定要有兩個或兩個以上的核