尘封28年“南医命案”告破，DNA如何把法网编得疏而不漏？
2月23日，一条新闻刷屏：南京警方通过DNA破获了28年前的“南医女生命案”，这起案件的破获也让很多人想起了几年前破获的“白银连环杀人案”，警方同样也是利用DNA技术，从基因库中凶手亲属的DNA顺藤摸瓜，进而锁定了凶犯，使一系列尘封多年的旧案得以告破。
英国遗传学家亚历克·杰弗里斯1986年将开发的DNA指纹技术第一次用于刑事案件侦查，帮警方侦破悬案、抓到真凶，法医鉴定技术从此迎来新纪元。图为艾里克举着一张印有DNA片段的薄膜。
神奇的DNA就像一个无处不在的隐形侦探，默默地将法网编织得疏而不漏！可以说，广泛存在于人体各种细胞中的基因指纹成了犯罪分子在案发现场极难消除的“身份证”，它能将每个“指纹”与犯罪分子一一对应，而根据直系亲属间DNA的相似性进行身份识别，也扩大了DNA的应用范围，其个体识别的准确率可以达到99.999％。
发明之初，DNA对比极耗费时间与人力
那么，人类是如何发现DNA这个神奇的“身份证”的？DNA到底是一个什么样的神奇存在？它有怎样的长相和脾气？今天，让我们走进《给孩子的生命简史》，去了解神奇的DNA.
生命的密码
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苗德岁
（摘编自《给孩子的生命简史》）
我们都知道，每个细胞中都有个圆圆的细胞核。细胞核中有许多成对的条状染色体，染色体因易被碱性染料染成深色而得名，它是由遗传物质深度压缩而形成的聚合体。
染色体中有许许多多线状物质，叫作DNA（即脱氧核糖核酸，由deoxyribonucleicacid简写而来）。在DNA中，储存着生物遗传的信息与指令。带有蛋白质编码的DNA片段则称为基因（gene）。
DNA主要通过编码基因来实现生命的主要功能。遗传学与分子生物学的研究揭示，基因是生物遗传的基本单元。
基因也被称作生命的密码本，它决定了我们身上的很多特征（或性状），比如我们的性别、肤色、瞳孔的颜色、身高等。不同生物细胞中的DNA或基因是不同的。基因各不相同，自然界的生命形式也是形形色色、千差万别。
发现DNA是遗传信息的载体
细胞遗传学的研究，跟进化生物学中大多数领域的研究不同。相较而言，后者更偏向历史性科学，需要依靠长期的观察；而前者主要是实验性学科，很多争论可以通过设计巧妙的实验来解决。
针对遗传物质究竟为何的问题，观点不同的两派之间曾前后激烈争论了二十多年。直到1952年，赫尔什（Alfred Hershey）和他的学生切斯（Martha Chase）设计了一个精巧的噬菌体侵染细菌实验，才使有关这一问题的研究向前推进了一大步。
赫尔什和他的学生切斯
噬菌体侵染细菌实验
他们分别用含有放射性同位素32P和35S的培养基来培养大肠杆菌，又分别用放射性同位素32P和35S标记的噬菌体去感染大肠杆菌。
赫尔什与切斯设计的放射性同位素追踪实验
在标记噬菌体时，32P所标记的是DNA，35S所标记的只是蛋白质外壳。最终，研究者发现：被35S标记的噬菌体所感染的宿主菌细胞内很少有35S，大多数35S出现在宿主菌细胞的外面。
也就是说，35S标记的噬菌体蛋白质外壳在感染宿主菌细胞后，并未进入宿主菌细胞内部，而是留在细胞外面；被32P标记的噬菌体感染宿主菌细胞后，32P主要集中在宿主菌细胞内部。
由此推断，噬菌体感染宿主菌细胞时进入细胞内的主要是DNA。这说明DNA是遗传物质。
不过，在赫尔什与切斯的实验中有一个问题，即：有不少的35S（即病毒蛋白质）会跟DNA一起进入宿主菌。
因此，不能排除这一小部分病毒蛋白或许也携带遗传信息的可能性。
后来，科学家们改进了实验方法，选用高纯度的噬菌体DNA转染细菌的原生质体（去除细菌细胞壁），获得了有感染活性的噬菌体后代，再次证实噬菌体的遗传物质是DNA。至此，科学家们最终确认：孟德尔遗传定律中决定所有生物性状的遗传物质是DNA而不是蛋白质。
DNA双螺旋结构的发现
接下来，爱“打破砂锅问到底”的科学家们，就要进一步探索DNA的结构了。
1951年，年仅二十三岁的美国人詹姆斯·沃森（James Watson）来到英国剑桥大学卡文迪实验室从事博士后研究。
在英国剑桥大学校园内，有一栋古色古香的三层楼房，这就是遐迩闻名的卡文迪什实验室。它是一座以英国物理学家、化学家亨利·卡文迪什的名字来命名的现代著名的科研机构。100多年来，从卡文迪什实验室走出了一批又一批蜚声世界的科学家，先后培养了26位诺贝尔科学奖金获得者，因此被誉为“诺贝尔科学奖的孵化器”。
沃森聪明绝顶、才华横溢，可谓典型的少年神童、青年才俊。
他于1928年生于美国芝加哥，十五岁就入芝加哥大学读书，二十二岁获印第安纳大学生物学博士，二十八岁起在哈佛大学做教授，三十四岁时与他人共同获得诺贝尔奖。
同时，他的运气也非常好，同行们称他为“幸运的吉姆”。
年轻时的詹姆斯·沃森
他与物理系研究生弗兰西斯·克里克（Francis Crick）在卡文迪实验室相遇时，时年三十五岁的克里克比沃森大十二岁，却还是尚未完成博士学位的“老童生”（两年后他才获得博士学位）。
弗兰西斯·克里克（Francis Crick）
其实，有着扎实物理学背景的克里克也是异常聪明，按中国人的说法，是个大器晚成的天才。
赫尔什与切斯设计的放射性同位素追踪实验
而沃森则有着强大的生物学背景，他与克里克能相遇并成为研究伙伴，这不仅是他们双方的幸运，也是科学乃至人类的幸运。
沃森和克里克
1952年5月，英国科学家罗莎伦·富兰克林（Rosalind Franklin）用X射线晶体衍射技术拍摄出了DNA的照片。
罗莎伦·富兰克林（Rosalind Franklin）用X射线晶体衍射技术拍摄的DNA照片
沃森和克里克吸收并借鉴鲍林和威尔金斯等人研究DNA分子结构的成果，只用了两年左右的时间，就设计出了DNA的双螺旋结构模型。
沃森和克里克及其设计的 DNA 双螺旋结构模型
在这个模型里，DNA由两条脱氧核苷酸链构成，沿着中心轴反向缠绕，并形成右手螺旋状的楼梯。
核苷酸链由四种核苷酸组成，每种核苷酸由脱氧核糖、磷酸和四种碱基之一组成。
两侧的扶手是两条由脱氧核糖与磷酸通过酯键交替相连形成的长链骨架。而楼梯踏板则是配对的碱基。
DNA 的双螺旋结构图，右下角为四种碱基
1953年4月25日，沃森和克里克在《自然》杂志上发表了题为《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的结构模型》一文，揭示了生命的密码，并开启了分子生物学研究的新纪元。
这项研究成果，让沃森、克里克以及他们的同事，英国分子生物学家莫里斯·威尔金斯（Maurice Hugh Frederick Wilkins），共同获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。
沃森、克里克和莫里斯·威尔金斯
科学研究发现，同一生物体内所有细胞的DNA都是相同的。每个基因在DNA上占有特定的位置。DNA指令书写成生命密码的形式。
DNA密码只有四个字母：A，G，C，T；其中，字母A总是跟字母T配对，而字母C总是跟字母G配对。
换句话说，在DNA双螺旋结构中，这四种化学“字母”沿DNA骨架排列，按不同顺序组合，构成了一个个的“词”（基因）。
DNA 的双螺旋结构中碱基的配对
每个基因有几百甚至几万个碱基对，因此DNA中含有巨大的遗传信息量。
如果把人类基因组打印出来装订成书，按照每页3000个字母、每本书1000页计算，大约能够装订1000本！
分子生物学的飞速进展，尤其是20世纪70年代的“RNA（核糖核酸）革命”，使我们对生物遗传信息的传递，以及细胞中DNA、RNA与蛋白质的结构功能认识得越来越清楚。
生物遗传信息传递分两种情况：
通过DNA的自我复制，由亲代DNA分子把遗传信息直接氢氧氮碳磷次传递给子代DNA分子，即遗传信息从DNA→DNA；
DNA以其中的一条骨架链为模板，互补合成RNA，使遗传信息从DNA→RNA（即转录），再从RNA→蛋白质（即转译），其间RNA充当了传递遗传信息的信使。这也是现在一般所说的“遗传学中心法则”，它说明了DNA、RNA与蛋白质之间的关系，解决了DNA的遗嘧啶嘌呤TACGDNA双螺旋结构碱基对图3—10DNA的双螺旋结构中碱基的配对传信息如何自我复制传代，以及如何控制蛋白质的合成，进而控制生物性状的问题。
在细胞中，DNA主导着蛋白质的构建，蛋白质则在生物体内执行各种不同的功能。比如，在人体中，它们往大脑传送信息，负责牙齿与骨骼的生长，以及使心脏跳动、消化食物以及肌肉伸缩等。
有时候基因产生变异，便会扰乱蛋白质在人体里正常地执行功能；这时候人就生病了。比如，信息不能正确地传送到大脑，牙齿与骨骼不能正常生长，以及心跳异常、消化不良以及肌肉运动机能丧失等。
从1859年达尔文提出以“自然选择”原理为核心的生物进化论开始，到1953年沃森和克里克发现DNA的双螺旋结构，在这前后不到一百年的时间里，人类从对生命本质几无所知，到破译生命演进的密码，走过了辉煌的发现之旅。
目前，科学家们已开始深入研究如何通过控制遗传机制防治遗传疾病，以及基因编辑等异常复杂的科学问题。然而，这些造福于人类的伟大工程，都起源于一些对未知世界充满执着探索精神的人。
立志成为科学家的年轻朋友们，一定要牢记：永远对周围的世界保持好奇，凡事多问几个为什么，不要人云亦云。
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