历史：DNA双螺旋的故事

科学故事：DNA双螺旋

1953年4月25日James Watson和Francis Crick有关DNA双螺旋结构论文的发表是现代科学发展史上一个重要的里程碑。在科学的发展史上，很少有哪个发现能如此迅速地在众多领域引发许多根本性的变化，不论从遗传学和进化论，还是到生物化学和医学研究等。Watson和Crick的工作改变了现代生物学，触发了人们从全新的角度即在分子水平对生命现象进行更为广泛和深入的思考。事实上，许多科学家将他们的发现视为20世纪最伟大的成就之一。2003年4月25日，世界各地为DNA双螺旋结构问世50周年举行了各种各样的庆祝活动。2004年7月29日，Crick病逝，享年88岁，但他和Watson提出的DNA双螺旋结构模型永远不会被人忘记。

他们的论文的发表也标志着一个富于传奇色彩的科学竞赛的结束。参与这个竞赛的主要人物包括：两个在当时血气方刚并无多少科学经验而被很多人小看的年轻人Watson和Crick，Watson和Crick当时主要作研究的卡文迪实验室（Cavendish Laboratory）的主任William Lawrence Bragg爵士，加州理工学院的科学奇才、世界主要的结构化学家和诺贝尔奖获得者Linus Pauling，Linus Pauling的儿子、喜欢快车和浪漫的Watson和Crick办公室的同事Peter Pauling，英国国王学院实验室的Maurice Wilkins和Rosalind Franklin。

早在1920年前后，人们已经知道基因位于染色体上，很多科学家都急于想搞清楚在染色体上基因的化学本质。但由于蛋白质是生物体功能的执行者，而且由20种氨基酸组成，其复杂性和多样性似乎远比核酸要高，所以许多人认为蛋白质是遗传物质，而不是DNA。难怪在1953年之前，很少有研究者对DNA的研究有什么兴趣。

1950年，Linus Pauling认为基因由蛋白质组成。他和Robert Corey花了几十年的时间在研究蛋白质和氨基酸的分子结构。他们最大的胜利是在1951年的春季，几乎同时发表了7篇关于蛋白质分子结构的论文，其中最重要的一篇论文是关于α螺旋。

Pauling是一位杰出的化学家，也是20世纪富于争议的一位重要的美国科学家。Pauling的工作大都集中在与化学有关的边缘学科，他的许多理论和发现大大促进了化学研究发生的革命性变化。

1951年，已发表了几百篇论文和出版了几部教科书的Pauling成为了加州理工学院化学系的系主任，在当时他是世界公认的解决复杂的分子结构的大师和天才。Watson和Crick就是采纳了他在研究蛋白质结构时所用的模型以及将化学和现代物理学结合的方法对DNA的结构进行了研究。

Pauling唯一的在复杂分子结构上研究的真正对手是英国的诺贝尔奖获得者卡文迪实验室的主任William Lawrence Bragg爵士。自从20世纪20年代后期，他们俩就几次在几项研究中展开过竞争。他们的竞争低调而谦卑，但又很剧烈。例如，他们都想争先发表几种大的无机分子（例如，硅合物）的结构，结果Pauling赢了；在蛋白质结构的研究上也有竞争，结果还是Pauling赢了。

Bragg是一个很安静的人。他很早就因为和他的父亲一起在X射线晶体学的研究而获得诺贝尔奖。在他成为英国最重要的位于剑桥的卡文迪实验室主任以后，就像Pauling一样对生物大分子的结构着了迷。当时，他的实验室有一批包括Max Perutz和John Kendrew等杰出的研究者在内的研究队伍。当Pauling在α螺旋的研究上取得了胜利以后，他们都很气恼。Bragg已厌倦总是成为“老二”。

1951年，Bragg和Pauling都想揭示基因的结构，但他们的研究都集中在蛋白质上。在当时支持DNA是基因而不是蛋白质的唯一有力的证据是Rocefeller研究所的Oswald Avery在1944年发表的关于肺炎球菌的DNA转化的论文。但许多年来，没有人对Avery的工作表现出很大的兴趣。Pauling曾说：“我知道有DNA是遗传物质的争议，但我不接受它。你知道，我对蛋白质是如此满足，它们可能就是遗传物质，而不是核酸。当然，核酸也起作用。在写任何关于核酸的东西时，我提到核蛋白。我想得更多的是蛋白质而不是核酸。”

早在1933年，Pauling就对核酸结构的研究采取一种很散漫的研究，也没有什么结果。在1951年的夏季解决蛋白质的α螺旋结构以后，当他得知Maurice Wilkins获得一些很好的DNA的X射线衍射图像以后，他又转向了DNA。然而，当Pauling问Wilkins是否能看一看Wilkins的DNA工作时，他被拒绝了。于是，留给Pauling的也就是William Astbury在1930年以后得到的模糊不清的X射线图像和1947年新发表的照片。从这些不充分的数据中，Pauling对DNA结构上的重复单位大小和在空间上的走向有了一点粗浅的认识，但毕竟照片太模糊了，很难得到更深的认识。

Pauling将DNA工作放到了一旁，直到1951年11月，他看到了由Edward Ronwin写的一篇关于DNA结构的论文。于是，他开始重新思考DNA的结构。尽管已经知道DNA由四种核苷酸组成，核苷酸由糖、磷酸和碱基构成，但不幸，在当时还没有一个人发表任何一种很好的核苷酸结构。

Ronwin在他的论文中，将磷酸放到核苷酸的中部，而扁平的碱基伸出到旁边。如果确实是这样的结构，会解决大问题。DNA的四个碱基有两个不同的大小，两个较大的嘌呤碱基和两个较小的嘧啶碱基。Pauling想到DNA可能像Astbury的照片显示的一样可能是一种螺旋结构。但要解决不同大小的碱基在一个长的螺旋分子的内部的排列会产生许多堆积和契合问题。如果碱基朝外，许多问题就迎刃而解。

Ronwin和Pauling很快意识到他们犯了一个将磷酸放到分子核心的基本错误。于是他提出的结构是不可能的。Pauling走得很近了，但又停止了。

Pauling并不是唯一的一个在思考DNA结构的人。Watson和Crick比更多的人更早意识到DNA是认识基因的关键。1951年，Watson以博士后身份到欧洲研究微生物代谢和核酸化学，然而他很快就厌倦了。在那不勒斯的一次会议上，当他看到Maurice Wilkins展示的一些DNA照片的时候，他有了灵感。尽管Watson对X射线晶体学知道得并不多，当他意识到Wilkins的照片显示出DNA有一种有规律的重复结构。于是他想到Wilkins实验室工作，但由于他对X射线晶体学了解得太少，被拒绝了。在1951年秋季，他决定到卡文迪实验室向John Kendrew学习对蛋白质进行X射线衍射分析。考虑到最好能给Watson这样兴趣改变的人尽可能多的指导，Watson被分配到与Crick同一个办公室工作，因为Crick是Perutz的一个学生，他精通X射线晶体学。

Watson和Crick正是一对好搭档：Crick三十几岁，自信、外向和健谈，留着时尚的长鬓角，喜欢穿三件套西服；Watson二十多岁，年轻、清瘦和羞涩，穿着美国式网球鞋，留着船员发型。

当Watson到达的时候，Crick已接近完成一项研究，使得他能够从对血红蛋白衍射样式的数学数据的无数次解释中脱身。在随后的几天里，Watson的兴趣则在相对简单但很可能更为重要的DNA分子上。他们很快就研究方法达成共识，正如Watson说的，他们要模仿Pauling，在他自己的游戏中战胜他。

Crick和Watson的第一次解决DNA结构的尝试并不成功。像Pauling一样，他们很快提出一种三股DNA环绕的螺旋模型，磷酸位于核心。这样的模型似乎符合密度数据，因为X射线衍射数据与任何含有两股到四股的分子，而且也解决了一个理论问题。如果DNA是遗传物质，那么，它对于机体来说是特异性的，并含有可以被翻译成蛋白质的某种语言。已经知道糖和磷酸是简单的重复单位，在DNA链上是不变的。而碱基是可变的。碱基可变，但X射线衍射显示一种重复的晶体结构。在分子核心产生重复的结构样式一定含有重复的结构单元，即糖或磷酸，而碱基伸向外面就不会挡道。

然而，这种模型最大的问题是如何将磷酸放入到分子的内部，既然在生理pH下，它们带高度的负电荷，所以聚在核心将相互排斥导致结构的破坏。为了解决这个问题，他们将三螺旋设计得十分精妙，既让它能够与X射线衍射数据相符，又能解决负电荷的排斥问题。他们假定螺旋的核心在某一个位置含有带正电荷的离子能够中和磷酸所带的负电荷。为了搞清楚可能的离子会是谁，他们翻看了Pauling编写的《化学键的性质》一书，寻找能够满足要求的无机离子。他们发现，镁离子或钙离子可能适合。当时没有很好的证据证明这些假定的阳离子的存在，但也没有证据证明它们不存在。他们在努力像Pauling一样思考，就像他在构想α螺旋的时候一样，先提出结构，细枝末节问题到后面再解决。

两个年轻人禁不住因迅速解决问题而感到喜悦，邀请Wilkins及其助手到卡文迪实验室观看他们的胜利成果。然而，Franklin给他们泼了冷水。问题不仅是他们假定DNA分子是螺旋的（Franklin不相信X射线数据证明是螺旋的），而且他们认为阳离子将中心固定到一起。她指出，镁离子或者其他离子在细胞核肯定被水分子包围，而成为电中性，他们不可能将磷酸集团拉到一起。Franklin还指出，Crick和Watson错误地解释了数据。根据Franklin的观点，DNA是一个亲水分子，能够吸收比他们模型能够提供的十倍量的水分子。DNA分子能够吸收如此多的水说明它的磷酸基团在分子的外部，从而形成水合膜。水含量的错误也意味着Crick和Watson的密度计算不对。显然，他们的模型有很大的缺陷。

Franklin虽然固执己见、直言，但却被证明是正确的。两个年轻人曾想方设法说服Wilkins和Franklin与他们合作，但也被拒绝了。当失败的消息传到Bragg的耳朵，他很快叫Crick回到以前的蛋白质研究，而Watson则回到与他的背景一致的烟草花叶病毒的晶体研究。但是，这一对年轻人，特别是Watson，并没有停止思考核酸的结构。他们不愿意放弃问题，而是继续进行“地下”研究，在办公室里悄悄地或在当地的一个酒吧讨论他们的模型。他们起初的模型可能是错误的，但他们相信他们的方法是正确的。也许，他们所需要的是多一点化学知识。1951年的圣诞节，Crick给了Watson一本Pauling编著的《化学键的性质》。Watson曾回忆道：“我希望真正的秘诀就在Pauling巨著的某一处。”

尽管Wilkins不喜欢模型建立，Franklin也强烈反对这种方式，然而至少国王学院有一个人决定给一位博士生一试，他曾经和Franklin讨论过她对DNA的工作，急于根据已有的发现构建一个模型。根据已有的发现得出的假定导致了一些基本的结构成分被成功预测，比如螺旋的形状、堆积的碱基和磷酸位于外部。他们也预测了三链结构（Wilkins和Franklin都认为是正确的），Pauling一年以后犯了同样的错误。

在1951年下半年，Pauling收到英国皇家学会一个特别会议的邀请函，去给英国的科学家作关于他和Corey的蛋白质结构的报告。日期定在1952年的5月1日。1952年1月，Pauling例行重新申办他的护照。但美国国务院没有给予批准，认为他的旅行不符合美国的利益。Pauling很恼怒，但他并不吃惊。因为他是一个左翼分子，并反对原子弹。

有许多猜测说，Pauling的护照被拒使得他没有机会解决DNA的结构问题。但两个星期以后，他得到同样的机会去同一个地方旅行，但并没有对DNA做一点注意。蛋白质依然是Pauling思考的中心。在英国的一个月，Pauling思考DNA的时间少得可怜，甚至没有做一点努力去访问国王学院，去看一看Wilkins和Franklin有关DNA的宝贵X射线照片。据Pauling回忆，原因有两个：一是他脑子被蛋白质占据太多，二是仍旧认为Wilkins不想和他分享有关数据。

这的确是一个历史性错误。那时Franklin已有了新的DNA照片，这些新的照片给出了DNA更真实、更伸展和在湿度更高的状态下的结构样式，它清楚地显示DNA的二元对称结构和十字型的横截面，这等于完全排除了三链结构。如果Pauling看到了这些照片（没有理由认为Franklin不会给他看照片，因为后来她给Corey看了她的工作），如果他和Franklin谈过，他肯定会改变他后来使用的研究方法。至少，访问一下Franklin能够使得他意识到他使用的Astbury早期的照片显示的是一种分子的两种性质。

美国的护照政策和当时的反共浪潮不会改变这一事件的科学史。实际上，三个不相关的因素结合在一起使Pauling没有取得成功。首先是他过分集中在蛋白质上，而几乎将其他分子排除在外；第二是不完全的数据。他使用的Astbury的X射线照片来自于两种DNA的混合物，几乎没有价值；第三是他的自尊心。他仅仅是没有感觉到需要去研究DNA的结构。他在α螺旋上取得的成功证明他是世界上唯一一个能够解决生物大分子结构的人。Pauling曾经说过：“我总是认为迟早我能发现DNA的结构，它仅仅是一个时间问题。”

1952年夏季，Pauling出席了一次国际噬菌体讨论会，他听取了美国微生物学家Alfred Hershey在会上所做的一个非常巧妙的证明DNA是遗传物质的实验报告。于是，Pauling很快地意识到他一直在错误的轨道上，作为基因的是DNA而不是蛋白质。

Pauling相信他能解决DNA的结构。他已经开始思考它的结构了。但唯一的问题是是否会有人在这个问题上战胜他。他对这样的可能性可能没有认真对待。Wilkins和Franklin已开始了对DNA结构的研究工作。Corey尽管曾访问Franklin的实验室并见过清晰的DNA照片，但没有任何迹象表明他们任何一个有足够的化学知识从而构成威胁。

如果Bragg参与，情况可能就不一样了。唯一有证据表明来自Pauling实验室在卡文迪实验室对DNA研究的是Max Delbruck，他曾经和22岁的Watson通过信。Watson写道，他正在寻找DNA的结构模型。Delbruck给Pauling看过他们的通信。

尽管Delbruck认为Watson很有前途，但他想到Watson还没有好到在申请加州理工学院研究生的时候被录取。这位在卡文迪实验室工作的先生不可能在任何竞赛中打败Pauling。

在Royaumont的一次会议上，Pauling与一组研究者谈论了用解决α螺旋的方式来解决DNA的结构：使用精确的X射线数据来确认其组成单位的结构（正如他们曾对氨基酸做过的一样）。先去研究核苷酸。搞清楚碱基的精确结构以及和糖及磷酸的关系，然后，再提出它们形成的在化学上最可能的长链结构模型。而Watson正好在场，对他的想法特别注意。

当Pauling在1952年9月回到加州理工学院以后，他仍旧继续从事几乎都是与蛋白质有关的工作。同年秋天，Pauling的儿子Peter到达剑桥在卡文迪实验室读研究生。Peter时值21岁，活泼、贪玩，对Perutz实验室的一个丹麦女孩的结构兴趣要比对蛋白质结构的兴趣更大。不久，另一位来自加州理工学院的Jerry Donohue也被分配到Crick和Watson的办公室。Peter和Donohue都与Pauling保持通信联系。 他们俩在办公室的交谈至少能够提供给Crick和Watson有关Pauling在做什么，而他们给Pauling的信则告诉Crick和Watson在做什么。显然，其他一些人参与了对DNA结构研究的竞赛之中。

1952年11月25日，Pauling最终下决心对DNA的结构进行认真的研究。其直接的动因是加州理工学院的一次由来自加州大学柏克莱分校的Robley Williams做的关于使用电镜对DNA进行的研究报告。通过一种复杂的技术，Williams能够得到一些很小的生物结构的图像。Pauling被深深地吸引住了！William有一张照片显示了长的绕在一起的核酸钠盐的结构，其三维结构能被看到。在黑暗的报告厅中，Pauling看到的黑白幻灯片上DNA似乎呈圆筒形。Pauling于是猜想到DNA很可能是一个螺旋。但没有其他构象既适合Astbury的DNA的X射线衍射样式，又符合他正在看到的照片。Williams还对照片中结构的大小进行了估算，他显示每一条链宽约1.5 nm。Pauling对此十分感兴趣，要求他重新放了一遍照片。

第二天，Pauling坐在他的办公桌前，拿了一枝铅笔，一捆纸和一个计算尺开始了他的工作。那年夏天，来自Alexander Todd实验室的新的数据确定了DNA分子中糖和磷酸的连接。其他工作显示了它们与碱基相连。Pauling从他的早期工作中已经相信大小不同的碱基必须在分子的外部，而磷酸在内部。现在，他知道分子是螺旋的。这是他对DNA结构认识的出发点。他仍然缺乏关键的数据：没有很好的X射线衍射图像，没有DNA的部件——核苷酸的有关碱基-糖-磷酸的准确大小和键角数据。

在几页纸的理论推导以后，使用草图和一些不完全正确的数据，正如Watson和Crick最初认为的那样，Pauling相信，DNA是一个三螺旋分子，其磷酸基团在内。很不幸，他没有Franklin给他纠正。

在不到一周的时间，Pauling给他的一个同事写信道：“我想我们已经发现了核酸的全部结构。”在后来的几周，他在检查和优化他的模型。

不久麻烦出现了。Corey对Pauling提出的原子位置进行了详细的计算，结果发现一些原子位置不符。在12月初，Pauling重新扭曲和挤压他的模型。有人提出，他的模型如何能够产生出DNA的钠盐，假定带正电荷的钠离子与负电荷的磷酸基团结合，在紧密包装的核心，如何有钠离子的空间？Pauling不得不承认，他的模型无法适合离子。但他认为，他以后会解决这个问题。

在他的脑海里，关键问题被缩小成一个简单的让原子适合的问题。至于DNA的生物意义先放一放以后再说。如果结构没错，其生物学意义在某些方面会瓜熟蒂落。于是，他忽略了环绕DNA分子更大的环境，而只集中到一件事：找到一种方法让磷酸进入核心。

在1952年圣诞节的前一周，他在给剑桥的有机化学家的信中写道：“我们相信，已经发现了核酸结构。我实际上不会怀疑，这种结构真的是很诱人。”

Pauling知道Todd一直在进行纯化核苷酸的工作，他请Todd寄给他一些核苷酸样品以进行X射线分析。他还给Peter和Donohue写道他希望不久完成一篇关于核酸的短论文。然而，结构仍然不大对。Corey进行了另外一套计算，一切都很合适，就是磷酸基团不行。Pauling再次调整他的模型，但仍然不能完全适合。也许，从来就不会有完美的。

在圣诞节，Pauling采取了非同寻常的举动，邀请一些同事到他的实验室，观看他对DNA所做的工作。他讨厌对他的模型提出各种琐碎问题，而乐于得到一些好的消息。Pauling在当年的最后一个星期中与Corey一起，讨论最后的论文草稿。

在1952年12月的最后一天，Pauling和Corey给Proceedings of the National Academy of Sciences（美国科学院院刊）寄出了他们的论文 “一种假定的核酸结构”。

实际上，这是一个仓促的工作。 Pauling知道DNA重要，他也知道Wilkins和Franklin在做同样的研究，Watson和Crick也在进行尝试。他知道与蛋白质相比，DNA的结构相对简单，并且相信谁先得到大致正确的结构，即使它在所有的细节上不是很对，也将为非常重要的发现建立先机。这正是他的目标：对DNA的结构看谁首先发表，而不需要最终的定论。他要他的起始发表能被后来者引用，而不必精确。

如果与Pauling和Corey对蛋白质工作进行比较，这篇论文的仓促程度就可以更清楚地反映出来。Pauling的α螺旋是他十多年不断的分析和数千工时严密的晶体工作的结果。在他发表他的蛋白质模型之前，他的实验室精确地了解和描述了氨基酸的结构，并有大量清楚的蛋白质X射线衍射数据可供使用，这使得他能够仔细检查并排除几十种其他可能的结构。在他提出螺旋到他发表最终的结构有两年的时间。其中大部分时间都是和Corey在一起仔细检查和优化所构建的三维结构模型。他们对DNA的研究可没有这样投入。

当Crick和Watson从Peter Pauling那里得知他的父亲似乎已经解决了DNA的结构，他们很是沮丧，试图想出他是如何战胜他们的，随后得出结论：他肯定没有看过Wilkins和Franklin的X射线衍射照片再思考的。但他是Pauling，任何事情都是可能的。他们决定继续进行他们的研究。如果他们在Pauling的论文发表之前能独立地提出自己的模型，至少能够分享荣誉。

这一次，他们考虑到一个至关重要的因素。Crick和Watson认识Erwin Chargaff，一个尖刻、固执的奥地利出生的生化学家，他一直在使用层析法分析核酸的组成。Chargaff告诉过他们：在DNA不同的碱基之间存在一个简单的关系，即A与T的量大致相等，G和C的量也大致相同。相同量的一对碱基一个是大的嘌呤，另一个是小的嘧啶。

Chargaff早在1947年的一次横渡大西洋的一个游轮的餐厅里告诉过Pauling同样的事情，但Pauling发现Chargaff令人讨厌而忽略了他的线索。

这对Crick和Watson来说可完全不同。Franklin的批评已经让他们倾向于将磷酸基团放到外面。现在，他们有了内部碱基的一一对应关系。于是，他们开始考虑螺旋的核心可能是由配对的嘧啶与嘌呤组成的。

当Pauling充满期待的DNA论文草稿在1953年经Peter到了Watson和Crick手里的时候，他们很是吃惊，因为Pauling的模型似乎就是他们流产的三链模型，只是更紧密了。文中没有显示核心中需要将带负电荷的磷酸拉到一起的阳离子的位置。

Crick和Watson惊呆了。Pauling的结构依赖于在磷酸基团之间的氢键，但是在正常pH下，磷酸基团失去了氢的情况下，如何形成氢键呢？Watson说道：“没有氢，DNA链会立刻分开。”他们已经用了自己的模型做过类似的尝试，但他们又重新检查过，在Pauling自己编著的《普通化学》的书上，发现了一段文字：磷酸根必须离子化。Watson后来写道：“如果他的一个学生犯了类似的错误，他会被认为从加州理工学院化学系没有接受到什么有益的东西。”

Watson和Crick立刻与剑桥的化学家讨论对Pauling的批评。很快，Pauling的错误成了大学里谈论的话题。Pauling明显的失误让Bragg喜出望外，他决定正式让Crick和Watson完全投入到DNA研究之中。机会来了，他要卡文迪实验室在Pauling有时间重新构建模他的模型之前获得优势。

当Watson将Pauling的错误告诉Wilkins，并认为DNA是螺旋的时候，Watson获得了奖赏：他最先被允许去看Franklin得到的最新X射线衍射图像。Franklin已经确认DNA以两种形式存在，一种是浓缩的“干燥”形式，另一种是“潮湿”的形式。Franklin最新的照片十分清楚，也是唯一的伸展形式，这立即让Watson确信DNA是一个螺旋，也给他几个新的参数来改进他们的模型。

Pauling已经转到新的项目上去了，在研究铁磁理论并计划在加州理工学院举行一次重要的国际蛋白质会议。当Peter在2月中旬在写给他的父亲信中，提到英国人在批评他的DNA结构模型。Pauling在回信中写道：“我正在重新检查核酸的结构，努力在对一些常数进行改进。我听到了传闻，说Watson和Crick在以前已经建立过这样的结构，但他们没有做过任何事情。也许传闻被夸大了。”

使Pauling感觉到不对劲的是他在加州理工学院做关于DNA结构的报告的时候，Delbrück告诉他的一个同事，认为Pauling的模型不能令人信服。他提到从Watson给他的一封信，Watson说Pauling的结构含有一些非常严重的错误，并补充道：“我有一个非常好的模型，这种模型太完美了，我很惊奇没有人曾经想到过。”

Pauling想知道得更多，于是很快写信给Watson，邀请他出席秋天的蛋白质会议，并提到从Delbrück那里得知他进行的DNA研究工作，并鼓励他继续进行研究，还写道：“Corey教授和我没有认为我们的结构已证明是正确的，尽管我们想认为是对的。”

Crick对于如何让DNA链聚在一起的批评让他收集在同一个分子中相邻的负电荷如何存在的先例。同时，他也开始思考也许DNA的核心环境很特别，允许磷酸基团以他提到的形式存在。就在此时，Todd给他寄来了他要的核苷酸样品。于是Pauling开始对它们进行X射线衍射分析。最终，他得到了更合理的结构基准。但太迟了！

Crick和Watson开始以极大的热情设计他们的模型（图12-45）。Watson对Delbrück提到的非常美妙的模型是一个尝试，但也是错误的，正如Jerry Donohue指出的那样。 Donohue曾在加州理工学院与Pauling一起工作过一段很长的时间，他十分精通结构化学，而氢键是他的专业。他看到Crick和Watson两个化学新手一直在摆弄G和T错误的结构。他纠正了他们的错误，改变了氢原子交叉成键要进入的正确位置，破坏了Watson自认为美妙的模型，促使他们向正确的方向前进。

有了Donohue的纠正，Crick和Watson能够看到在一对特别的嘌呤和嘧啶碱基之间，即 A-T和G-C之间，自然形成氢键的情形。将碱基放到中间，磷酸在外，两条链。将大小碱基配对不仅可以满足平滑的结构轮廓，还能为Chargaff的发现提供简单的解释。

随后的结构有点像梯子，碱基对像横条，糖-磷酸骨架像扶手，很容易形成符合X射线数据的螺旋。这样的螺旋不仅美丽，而且还有特别的含义。两条链是互补的镜像，当解开的时候可以作为合成新的与原来的完全一样的螺旋。显然Pauling的碱基朝外彼此互不相关的模型无法对DNA复制提供任何可能的信息。

在1953年3月12日，Watson给Delbrück去了一封信，展示了他的新模型草图，并劝告他不要告诉Pauling直到他们能更加肯定他们的结果。但是Delbrück却不是一个喜欢保密的人，他立即将信的内容公开传阅。当Pauling看过以后，他极为震撼。他立即意识到，他们的结构不仅在化学上是合理的，而且在生物学上也很诱人。他说到：“两个嘧啶与相应的嘌呤在结构上的简单互补关系让我很惊奇，当然也令人愉快，因为这个伟大的阐明，就是解决遗传的机制问题。”

在看过Watson的信几天以后，Pauling写给他的一位同事：“当然，你必须承认，我们提出的结构仅仅是一种提出的结构，它可能是对的，但可能要经过2年或3年的时间才能得到确认。”

数天后，Pauling收到了Watson和Crick寄来的手稿，手稿的开头对他的DNA模型进行了攻击，而在结尾表示了对Jerry Donohue提供的帮助的谢意。Pauling仔细地看了他们的模型并在给他的儿子的信中写道：“我认为有两个核酸的模型也好。我期待着找出其中一种不正确的结论。无疑，国王学院的数据将会排除其中的一个。”到那时，他还没有看过Franklin或Wilkins最新的X射线衍射照片。

他的机会很快来了：在1953年4月初，在Crick和Watson寄出他们的论文的几天以后，Pauling在去布鲁塞尔参加一次关于蛋白质的会议途中顺便去了剑桥。在和他的儿子度过一夜以后，走进了Crick的办公室第一次看到他们用有裂口的金属板通过铁丝连在一起而制作的模型。当Pauling仔细观看模型的时候，Crick紧张地介绍着双螺旋的性质。看过模型以后，Pauling又看了Franklin一张DNA更为伸展的照片。Watson和Crick等待着他的问题。Watson回忆道：“他很有风度地给出了我们已有答案的意见。”

这是一个令两位年轻人快乐、让Pauling有点灰心丧气的时刻。他对由一个不可能的研究队伍、一个还在青春期的博士后和一个略为年长的研究生提出如此精妙的结构模型感到惊诧。如果他们是正确的，那么他自己的模型就大错特错了。他现在意识到卡文迪小组的模型几乎肯定是正确的。留下的唯一要做的事情是让世界知道他会用什么方式应付失败。

Pauling离开Crick的办公室以后与Bragg共进了午餐，在其间，Bragg很难控制他的喜悦之情。在这么多年总是屈居第二的位置以后，他的小组终于打败了他！随后，Pauling参加了Crick一家举办的晚宴。他是真正的绅士，仍然迷人、风趣，承认了失败并接受了新的DNA结构。一两天后，Bragg和Pauling一起出现了在布鲁塞尔召开的蛋白质会议。在会上，Bragg第一次正式对外宣布了DNA的双螺旋结构。Pauling毫不吝啬地表示了支持，他说：“尽管在Corey教授和我发表我们提出的核酸结构后只有2个月的时间，我认为，我们必须承认我们的模型可能是错误的。尽管已做了某些完善，但我认为Watson和Crick的结构实际上很可能是正确的。”

Watson和Crick因为发现了“黄金”螺旋而名闻遐迩。那么其他与此相关的研究者呢？Franklin和Raymond Gosling在1953年4月17日已经完成了一篇关于B型DNA结构的不完全总结。在Wilkins看过正式出版前的Watson和Crick的Nature回信时，Wilkins写信请Crick允许他在同一期上发表他的实验数据。Wilkins已经知道Franklin和Gosling要发表它们的数据。

于是在1953年4月25日出版的Nature杂志上，首先发表了Watson和Crick的结构，还包括Wilkins和Franklin/Gosling各自的论文。Franklin/Gosling的论文是在Franklin看过Watson和Crick模型以后在4月中旬的修改稿。最为重要的是，此稿第一次公开地公布了给Watson关于双螺旋结构灵感的DNA的B型结构照片。

Wilkins最终与Watson和Crick一起分享了诺贝尔奖。在诺贝尔奖公布之前，Franklin因癌症离开了人世，年仅37岁。

究竟怎么啦？每一个人似乎对Pauling的失败鸣不平。Peter Pauling认为，问题在于他的父亲对DNA的严格的化学途径。他写道：“对于我的父亲来说，核酸仅仅是有趣的化合物，就像氯化钠是一种有趣的化合物一样。”然而，这并不十分正确。由于Morgan在加州理工学院的影响，自20世纪30年代早期，Pauling就对基因和遗传发生兴趣。在40年代后期，他曾预测基因就会被发现是由两种互补结构的复合物，每一个可以作为创造另一部分的模子。他只被他的化学结构冲昏了头脑，并想到生物学事实迟早会迎刃而解。

Chargaff则认为，Pauling“没有考虑过我的结果”。Wilkins认为Pauling“仅仅没有尝试，他没有真正花过5分钟的时间去考虑这个问题”。Vemer Schomaker认为，Pauling没有投入足够多的人力去解决问题，收集足够的过硬的数据。Pauling有自己的想法，但有点迷失了方向。他先怪他使用的X射线照片。后来他过分强调读错了DNA的密度，而导致得出错误的三链结构。他也缺乏对核苷酸详细的知识。“如果我们对嘌呤和嘧啶做过一些研究，我也许获得一些有用的背景信息促使我向正确的方向进发。但是，我们没有做任何嘌呤或嘧啶的研究工作。”Pauling说过。

1953年4月25日在Nature上发表的关于DNA的三篇论文极大地改写了科学的历史。Pauling的努力只成为补充材料。他错过了机会，至少有两个根本的原因：仓促和傲慢。他之所以仓促是因为他意识到DNA蕴藏着最大的奖品，如果他不去破获它的结构，其他人，特别是英国人会。尽管他后来否认他正在与英国的研究者在DNA结构的研究上进行竞争。他曾说：“我不认为我在与Watson和Crick在进行一场竞争，他们感觉在与我竞争。”事实是他就是在竞争，也许不是和默默无闻的Watson和Crick竞争，但肯定在和Wilkins和Franklin竞争，特别是和他的老对手Bragg竞争。Pauling要迫不及待地发表他的DNA结构以战胜Bragg和Wilkins。他冒险一搏但没有尽力做好他的工作。

他急于求成，相信他能成功，因为他对自己的能力有一种骄傲。他想中奖，所以他去赌博了，但却输了。

DNA的竞赛成为科学史的传奇素材。Watson和Crick成为舞台的中心，而Pauling仅仅是很小的配角。在1953年以后的一年里，Pauling是在不断地被问“究竟错在哪里？”的问题中度过的。Pauling的妻子Ava Helen，在听到一次又一次的发问和一次又一次的回答，终于无法忍受了，她对他提出的各种借口，仅用一个简单的问题问Pauling：“既然那是一个如此重要的问题，为什么你不多花点功夫？”

Pauling成为了一个有风度的失败者的代名词。他对Watson和Crick的发现给予了高度的评价，并帮助他们澄清了一个在链间形成氢键的问题，并邀请他们在1953年9月他组织的一次国际蛋白质会议上介绍和讨论他们的发现。这是一个历史性的时刻，过去的三年来取得的突破值得庆祝，它成为了一门新的学科——分子生物学发展的起点。

Pauling并没有被他犯过的结构错误吓倒，他在1954年获得了诺贝尔化学奖，在1962年又荣获诺贝尔和平奖，成为历史上第一个两次都没有与别人分享诺贝尔奖的人。