下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
我们已经发现了生命的秘密。
——弗朗西斯·克里克
1953年2月28日
1902年，虽然阿奇博尔德·加洛德（Archibald Garrod）只有45岁，但他已经是英国医学界的中流砥柱了。他的父亲是知名教授阿尔弗雷德·巴林·加洛德（Alfred Baring Garrod）爵士。这位教授专门攻克当时上流社会最普遍的疾病——痛风，他在医学方面的研究取得了巨大的胜利。阿奇博尔德·加洛德自己也在医学领域有所建树。第一次世界大战期间，他在马耳他从事医疗工作，被加封为威廉·奥斯勒（William Osler）爵士。之后他出任牛津大学医学院钦定讲座教授，这是他一生的荣耀之一。
你一定会把他想象成那个时代爵士所特有的样子，他应该是一个典型的爱德华时代的人物：脾气暴躁、过分讲究、穿着正式、不善表达、思维僵化，严重阻碍科学的进步。你如果这样想的话，那就大错特错了。就在1902年，阿奇博尔德·加洛德提出了一个大胆的猜测，充分证明了他的思想远远领先于他所生活的那个年代。但他自己也许并不清楚，他其实已经在不知不觉中开始破解生物学中有史以来最大的一个谜团：什么是基因？事实上，他对基因的理解很透彻，但他的思想太超前了，直到他去世之后很多年，才开始有人理解他的想法：一个基因就是一种化学物质的配方。除此之外，他还认为自己发现了一种基因。
在圣巴塞罗缪医院和大欧蒙德街医院工作期间，加洛德遇到了一系列患有黑尿症的病人。这种疾病虽然很罕见，但并不严重。患者有一些类似关节炎的症状，除此之外，他们的尿液和耳垢遇到空气后会变成红色或是黑色，具体颜色要视他们的饮食情况而定。1901年，他收治了一个患有这种病的小男孩。这个男孩的父母生的第五个孩子，也有这种病。这种情况让加洛德想到，这种病可能与家族遗传有关。他还注意到，这两个患儿的父母是堂兄妹。于是，他重新检查了其他病例，发现：4个家庭里有3家，父母是堂兄妹关系。而他收治的17例黑尿症患者中，有8例是远房表亲结婚。但是，这种疾病并不是简单地从父母传给孩子。大多数患者的孩子都很正常，但在这些孩子的后代中，这种疾病又会再次出现。幸运的是，加洛德拥有最先进的生物学理念。两年前，格雷戈尔·孟德尔（Gregor Mendel）的研究成果被重新发现，加洛德的朋友威廉·贝特森（William Bateson）对此非常激动，正在撰写一本巨著，以向公众介绍孟德尔的研究成果，并捍卫“孟德尔遗传学说”。这样，加洛德意识到他所遇见的情况正是孟德尔所说的隐性遗传——每代人都带有一种“隐性性状”，孩子只有同时从父母双方都遗传到了这种“隐性性状”特性，才能表现出隐性性状。加洛德甚至援引了孟德尔的植物学术语，称这种人为“化学突变”。
加洛德从中获得了灵感。他想，也许这种疾病属于“隐性性状”，只有父母双方同时将这种“隐性性状”遗传给子女时，子女才会发病，因为他们体内缺失了某种物质。加洛德既精通遗传学又精通化学，因此他知道这些患者的尿液和耳垢之所以变成黑色，是由于一种叫作尿黑酸的物质大量积累引起的。尿黑酸是人体化学反应的正常产物，但在大多数人体内，这种物质会被分解并排出体外。加洛德推测，尿黑酸之所以会在体内大量积累，有可能是因为负责分解尿黑酸的催化剂无法发挥作用。他认为，这种催化剂一定是一种由蛋白质形成的酶，并且一定是一种遗传物质（即我们现在所说的基因）的产物。在那些患者体内，某种基因无法制造出正常工作的酶。携带这种基因并无大碍，因为只要遗传父母中一方遗传到的基因是正常的，它就能发挥作用，制造出能分解尿黑酸的酶。
加洛德据此提出了一个大胆的假说，即“先天性代谢缺陷”。这个假说中包含了一个意义深远的假设：基因的作用是生产化学催化剂，每一种基因生产一种专用的催化剂，也许基因就是制造催化剂的机器。加洛德写道：“如果一种酶缺失或者无法正常发挥作用，就会导致新陈代谢中的一些步骤出现问题，而这些问题就会导致先天性代谢缺陷。”因为酶是由蛋白质构成的，它们携带的化学属性一定是各不相同的。加洛德的书于1909年出版，受到了广泛的好评。但是，这本书的评论家完全没有理解书中的要点。他们认为，加洛德只是在谈论一种罕见的疾病而已，却没有意识到他谈论的其实是一种适用于所有生命的基本原理。加洛德的理论被忽略了，直到35年之后才重见天日。那时，遗传学中新的观点如雨后春笋般涌现，而加洛德已经去世10年了。
我们现在知道，基因的主要功能是储存制造蛋白质所需的“配方”。几乎体内所有的化学作用、结构形成和功能调节都是依靠蛋白质完成的。蛋白质的作用包括产生能量、抵御感染、消化食物、形成毛发和运输氧气等。体内的每一个蛋白质都是通过翻译基因携带的遗传密码而形成的。但这句话反过来说就不一定对了：有些基因永远也不会被翻译为蛋白质，比如1号染色体上的核糖体RNA基因。但即便如此，这些基因也会间接参与到形成其他蛋白质的过程中。加洛德的推测大体上是正确的：人们从父母那里得到的是一套内容复杂的“配方”，用来制造蛋白质和“装配”制造蛋白质所用的机器——这就是我们遗传到的全部内容。
那个时代的人也许无法理解加洛德的思想，但最起码赋予了他应有的荣耀。但是对于格雷戈尔·孟德尔而言，他虽然给加洛德以启发，却没有那么幸运了。两人的出身可谓是天壤之别。孟德尔的教名是约翰·孟德尔，他于1822年出生在海因策道夫（即现在的海诺伊斯），那是一个位于摩拉维亚北部的小村庄。他的父亲安东租种了一小片农场，靠给地主干活来抵租。孟德尔16岁那年，就读于在特拉波的文法学校，成绩优异。就在这时，他的父亲被一棵倒下的树砸伤，无法再靠务农支持家里的生计。安东把农场转卖给了自己的女婿，用卖地的钱供儿子读文法学校，以及支付他后来在奥尔米茨上大学的学费。但是这样的生活太艰辛了，并且孟德尔需要更多的钱。于是，他进入奥古斯汀修道院，成为格雷戈尔修道士。他费尽周折，在布鲁恩（现在的布尔诺）的神学院里完成了学业，成为一名牧师。他担任一些郊区牧师的工作，但做得并不太好。之后，他又进入维也纳大学学习，毕业后希望成为一名理科老师，却没有通过考试。
孟德尔只好又回到了布鲁恩。此时，他已经31岁了，一事无成，只能在修道院里生活。他很擅长数学和象棋，性格很开朗。他还非常喜欢摆弄花花草草，并且跟着父亲学会了嫁接果树和授粉。他通过与农民的接触了解了一些农业知识，为他日后取得卓越成就奠定了基础。当时，养牛的农民和种苹果树的果农已经对颗粒遗传有了些模模糊糊的基本认识，但还没有人进行过系统的研究。孟德尔写道：“没有一个实验能够达到这样的规模，也没有一个实验是这样完成的。通过这样的实验，我们能够根据不同的世代，确定不同类型后代的数目，或是确定它们之间的统计关系。”如果这是一场学术报告，相信已经有听众如坠入云雾中了。
于是，34岁的孟德尔神父在修道院的花园里，利用豌豆开始了一系列实验。这些实验总共持续了8年，种植了3万多颗豌豆（仅1860年一年就种了6000颗），这些实验最终永远地改变了世界。实验完成之后，他很清楚自己的发现具有划时代的意义，便将其研究成果撰写成文，发表在《布鲁恩自然科学学会会刊》上，世界上的顶级图书馆都存有这份刊物。然而，他的成果却一直没有得到认可。后来，孟德尔当上了布鲁恩修道院的院长，渐渐失去了对花园里实验的兴趣，最后成为一位善良、忙碌却又不是那么虔诚的神父（他在文章中提到美食的次数比上帝还要多）。在生命的最后岁月里，他投身到反抗政府对修道院增收新税的运动里，那是一场艰苦卓绝、孤立无援的抗争。孟德尔成为最后一位缴纳此税的修道院院长。在孟德尔暮年的时候，回想他这一生最大的成就，也许是让唱诗学校里一个19岁的天才男孩莱奥斯·亚纳切克（Leos Janacek）
担任了唱诗班指挥。
在修道院的花园里，孟德尔使用不同品种的豌豆，做了一系列的杂交实验。这可不是一个非专业园丁做的科学游戏，而是一个科学实验，规模巨大，体系性强，经过精心设计。孟德尔选择了7组不同种类的豌豆来进行杂交，分别为：圆粒的与皱粒的杂交，黄子叶的与绿子叶的杂交，豆荚饱满的与豆荚不饱满的杂交，灰色种皮的与白色种皮的杂交，未成熟时豆荚是绿色的与未成熟时豆荚是黄色的杂交，花朵腋生的与花朵顶生的杂交，高茎的与矮茎的杂交。他还杂交了一些其他种类的豌豆，具体数目我们不得而知。这7对性状都是代代相传的，也都是由单个基因决定的，所以，他肯定进行了初步的实验，从中推测出了可能的结果，才选择了这7对。每一例杂交子代，都与其亲本中的一个相同，而另一个的特征似乎消失了。其实不然。孟德尔让杂交子代进行自我繁殖，在长出的豌豆里，大约有1/4又显示出了之前消失了的杂交亲本的特征。经过反复统计，在他种植的19959颗二代豌豆中，14949颗具有显性特征，5010颗具有隐性特征，比例为2.98比1。正如20世纪时罗纳德·费希尔爵士（Sir Ronald Fisher）提出的那样，这个比值几乎达到了3。孟德尔数学很好，在做实验之前，他就知道这些豌豆的生长应该遵守怎样的“公式”。
孟德尔像着了迷一样，除了豌豆之外，他还用倒挂金钟和玉米等其他植物进行了同样的实验，并得到了同样的结论。他意识到自己得到了遗传学方面一个非常重要的发现：遗传特征互不融合或混合。遗传过程中有些关键的东西是固实的、不可分的、量子化的以及颗粒化的。遗传物质不会像液体那样混合起来，也不会像血液那样融在一起。相反，遗传物质只不过像细小的沙粒一样，暂时地混在一起了。细细回想，还真是这个道理。否则，怎么解释一个家庭里可以既有蓝眼睛的孩子又有棕眼睛的孩子呢？达尔文的理论建立在遗传特性的融合性上，但他也曾多次暗示过这个问题。1857年，他在给赫胥黎的信中写道：“我最近隐约想到，两性繁殖的后代，携带着父母的遗传物质，但这些遗传物质并没有真正融合，而是掺杂在一起……除此之外，我想不出其他原因来解释为什么这些后代与它们的祖辈如此相像。”
面对这样一个问题，达尔文是相当紧张的。此前，他刚被一位苏格兰工程学教授猛烈地抨击过。这位教授的名字很奇怪，叫弗莱明·詹金（Fleeming Jenkin），他指出，达尔文理论中的自然选择与遗传特性融合是互相矛盾的，这是一个简单却又无懈可击的事实。如果在遗传过程中，遗传物质均匀地融合起来了，那么达尔文的理论就有可能是错误的。这是因为，每个新的、有利的变化都会在融合中被其他遗传因素稀释掉。詹金用一个故事来阐明他的观点，一座岛上都是黑人，有白人希望通过与岛上的黑人生育后代，想通过这个方法将岛上的人群变白。很快，他那白人的血液就会被稀释，变得无足轻重。达尔文深知詹金是对的。面对詹金的观点，向来强势的托马斯·亨利·赫胥黎（Thomas Henry Huxley）也默不作声。但另一方面，达尔文知道自己的观点也是有道理的。如果当时他能读到孟德尔的学说，就知道该如何调和这个矛盾了。
事后再看，尽管很多事情都是显而易见的，但仍然需要一个天才将其公之于众。孟德尔的成就在于，他揭示出：大部分遗传物质看上去似乎融合在了一起，其唯一的原因，是这些遗传物质是由多种不同的“微粒”构成的。19世纪前期，约翰·道尔顿（John Dalton）已经证明了水是由亿万个坚实的、不可再分割的小微粒原子构成的，从而击败了认为水具有连续性的对手。现在，孟德尔则证明了生物学里的“原子理论”。构成生物的原子曾有过五花八门的名字，仅在1900年，用过的名字就有：遗传因子、原芽、原生粒、全因子、泛子、生原体、id和遗子团。最终，“基因”这个名字一直流传至今。
1866年之后的4年里，孟德尔不断地把自己的论文和想法寄给慕尼黑的植物学教授卡尔-威廉·内格尔（Karl-Wilhelm Nageli）。他变得敢于指出自己发现的重要性了，但在这4年的时间里，内格尔竟全然不得要领。他给这位执着的修道士写的回信彬彬有礼，却给人一种高高在上的感觉。他竟然让孟德尔去研究山柳菊，没有什么建议能比这个更荒谬了：山柳菊是无融合生殖的，也就是说，它虽然需要授粉才能进行繁殖，却不接受给它授粉的“同伴”的基因。这样，杂交实验就会得出奇怪的结果。经过一段不成功的实验后，孟德尔放弃了山柳菊，转而研究蜜蜂。他在蜜蜂的繁殖上做了大量的实验，也没有得到想要的结果。不知道他当时是否发现了蜜蜂奇特的“单倍二倍体”遗传形式呢？
与此同时，内格尔出版了他自己关于遗传学的长篇巨著。在书中，他丝毫没有提及孟德尔的发现，更令人无法理喻的是，他竟然在书中使用了证明孟德尔理论的例子，却仍然没有明白孟德尔的观点。内格尔提到，如果安哥拉猫与另一种猫交配，安哥拉猫特有的纹理就会在下一代里消失得干干净净，但第三代里又会重新出现。要解释孟德尔所说的隐性性状，恐怕没有比这更好的例子了。
在孟德尔有生之年，他的理论差一点就得到认可了。查尔斯·达尔文很善于从他人的工作里寻求灵感。他曾经向自己的一个朋友推荐过一本W.O.福克（W.O.Focke）写的书，里面就引用了14篇孟德尔的论文。但达尔文自己似乎并未注意这些内容。直到1900年，孟德尔的遗传学定律才被重新发现。此时，他和达尔文都已经去世多年。有3位植物学家在3个不同的地方几乎同时发现了孟德尔的学说。这3位植物学家是：雨果·德·弗里斯（Hugo de Vries）、卡尔·科灵斯（Carl Correns）和埃里奇·冯·契马克（Erich von Tschermak）。他们都不辞辛苦，重复了孟德尔的工作之后，终于重新发现了孟德尔遗传学说。
对于生物学界而言，孟德尔遗传学说来得太突然了。在进化理论中，没有东西的遗传是突然发生的。事实上，达尔文毕生建立起的全部理论，似乎要被孟德尔的学说推翻了。达尔文说过，进化就是自然选择之下微小的、随机变化的累积。但是，如果基因是坚实的微粒，可以在一代之内隐藏起来，之后又完整地表达出来，这怎么能叫作逐渐地、微妙地变化呢？从很多方面来讲，在20世纪初期，孟德尔学说完胜达尔文学说。威廉·贝特森说，颗粒遗传学说最起码限制了自然选择学说——他代表了当时很多人的想法。贝特森这个人头脑糊涂、文风枯燥。他坚信进化是跳跃的，生物从一种形式直接跳跃到另一种形式，没有中间的过渡。为了推销这个怪异的理论，他在1894年出版了一本书，书中论述到遗传是颗粒性的。从那以后，他就一直受到“真正”的达尔文主义者的强烈攻击。难怪他无比拥护孟德尔的遗传学说，并第一个将其译成英文。贝特森像一个声称能够诠释圣保罗的神学家那样，开始解释孟德尔遗传学说，他写道：“在孟德尔遗传学说里，没有任何内容与正统的物种起源（自然选择）理论相矛盾……无论如何，现代科学的目的，毫无疑问，是剔除人们总结出来的自然规律中那些‘超自然’的成分，尽管有些时候这些探索本身就带有‘超自然’的烙印。坦率地说，不能否认，达尔文著作中的某些章节在某种程度上鼓励了对于自然选择原理的曲解与滥用。但我相信，如果达尔文有幸读过孟德尔的大作，他一定会立刻修改这些章节。我会对此感到欣慰。”
当时的实际情况是，大家都不喜欢贝特森，而贝特森则极度推崇孟德尔遗传学说，这就导致欧洲的进化论学者对孟德尔的学说持怀疑态度。在英国，孟德尔学派与“生物统计”学派之间的激烈论战持续了20年。这场“战火”一直燃烧到美国，不过在美国，两派之间的争论不那么激烈。1903年，美国遗传学家沃尔特·萨顿（Walter Sutton）发现，染色体的行为就像孟德尔提出的遗传因子：它们成对出现，一条来自父亲，另一条来自母亲。托马斯·亨特·摩尔根（Thomas Hunt Morgan）被誉为美国遗传学之父，当他得知这一发现之后，马上转为支持孟德尔遗传学说。之后，贝特森不再讨厌摩尔根，而是放弃了原本正确的立场，开始攻击这个有关染色体的理论。科学的发展总是伴随着这样一些无足轻重的争论，而这些争论却经常起到决定性的作用。贝特森最终没有太大的作为，而摩尔根却干出了一番事业。他创立了一个遗传学派，成果卓著；遗传学上的距离单位“厘摩”，就是用他的名字来命名的。在英国，直到1918年，罗纳德·费希尔才用自己敏锐的数学头脑，成功调和了孟德尔学说和达尔文学说之间的矛盾。他的结论是：孟德尔学说不但与达尔文学说不冲突，还非常出色地证明了其正确性。费希尔说：“达尔文的理论是不完善的，孟德尔遗传学说将它补充完整了。”
但是，突变仍然是一个遗留问题。达尔文学说立足于遗传的多样性，孟德尔学说支持了遗传的稳定性。如果基因是构成生物的“原子”，那么改变它们岂不是像炼金术那样诡异？既然提到了爱德华时代的医生加洛德和奥古斯汀修道院院长孟德尔，就不得不提起一个与他们非常不同的人——赫尔曼·约瑟夫·穆勒（Hermann Joe Muller）。他完成了第一次人工诱发的突变，在基因突变问题上取得了突破。穆勒是个典型的犹太科学家，头脑聪明。20世纪30年代时，他与许多其他犹太科技工作者一样，跨过大西洋，到美国避难。但有一点不同，他后来又曾返回过东方。他是土生土长的纽约人，父亲是一家小型金属铸造公司的老板。他在哥伦比亚大学学习遗传学，但因为和导师摩尔根意见不合，于1920年转到得克萨斯大学。在对待聪明好学的穆勒的时候，摩尔根明显表现出了一丝反犹太主义倾向。可以说，穆勒的一生是在与不同人的争吵中度过的。1932年，他的婚姻破裂，同事剽窃了他的想法（他自己是这么说的），自杀未遂之后，就离开得克萨斯，前往欧洲。
穆勒的重大发现是基因突变可以由人工诱发，他为此获得了诺贝尔奖。这一发现和几年前欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford）的发现有些类似。卢瑟福发现，原子是可嬗变的，这也意味着，使用“原子”这个词（希腊语意为“不可分割”的）表达组成物质的最小微粒，是不合适的。1926年，穆勒问自己：“突变是否和其他生命过程不同，它无法被人工改变和控制？它是否和最近在物理学领域发现的原子嬗变情形相当？”
次年，他回答了这个问题。穆勒使用X射线轰击果蝇，使它们的基因产生了突变。这些果蝇的后代出现了新的畸形。他写道：“突变，并不是上帝站在遥不可及、坚不可破的遗传物质的堡垒里，给人类开的一个玩笑。”就像原子一样，孟德尔提出的遗传颗粒一定也有一些内在的结构。它们可以被X射线改变，突变之后仍然是基因，但已不再是以前的基因了。
人工诱发突变标志着现代遗传学的开端。1940年，两个科学家乔治·比德尔（George Beadle）和爱德华·塔特姆（Edward Tatum），使用穆勒的X射线轰击法，制造出了面包红真菌的突变体。之后，他们发现，新突变体的体内有一种酶无法发挥正常的功能，因此它们无法制造一种化学物质。他们提出了一条生物学定律：一个基因确定一种酶。这个定律后来被证明是基本正确的。从那时开始，遗传学家都会默念道：一个基因——一种酶。从本质上讲，这其实是用现代的、生物化学的方式，将加洛德时代的假说重新进行了表达。3年之后，针对一种患者主要是黑人的严重贫血症，莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）做出了一个大胆的推断：其病因是制造血红蛋白的基因出了错误，患者的红细胞变成了镰刀形。这个基因错误的表现尤其像孟德尔式的突变。事情渐渐变得明朗起来：基因是蛋白质的“配方”；突变就是由于基因变化造成的蛋白质变化。
此时的穆勒却淡出了人们的视线。1932年，出于对社会主义的热爱和同样的对于人种优化理论（通过选择人类基因，生育优良的后代）的狂热，他渡过大西洋去了欧洲（他希望看到精心养育出来的儿童，不过在他的书再版时，他很识时务地将其改成了林肯或笛卡儿）。他在希特勒掌权之前的几个月到了柏林。在那里他看到，由于他的老板奥斯卡·沃格特（Oscar Vogt）没有赶走在自己手下工作的犹太人，纳粹分子就砸毁他实验室，这让他惊恐万分。
于是，穆勒继续向东行进，来到了彼得格勒，去了尼古拉·瓦维洛夫（Nikolay Vavilov）的实验室。刚到不久，特罗菲姆·李森科（Trofim Lysenko）就得到了斯大林的支持。李森科反对孟德尔学说，为了巩固自己的歪理邪说，他开始迫害支持孟德尔理论的遗传学家。他坚持生物的获得性遗传，根据他的理论，麦子就像俄罗斯人民的灵魂一样，不必通过繁殖，只要通过训练就可以让它们适应新的环境。对于反对这种理论的人，不应该劝说，而应该将他们枪毙。瓦维洛夫最终的下场是死在了监狱里。穆勒满怀希望，把自己关于人种优化理论的新书送给斯大林。但听说得到斯大林赏识后，他便找了个借口，及时离开了苏联。他参加了西班牙内战，在国际纵队的血库工作。后来又去了爱丁堡，还是跟往常一样厄运连连，刚到不久第二次世界大战就爆发了。苏格兰的冬天没有电力供应，他很难在实验室里戴着手套做科研。最终，他绝望地回到了美国。但是，他课讲得不好，还在苏联待过——在美国，没有人想要一个脾气糟糕的社会主义者。最后，印第安纳大学给了他一份工作。一年以后，他因为发现人工诱导突变而获得了诺贝尔奖。
但是，基因依然很神秘，难以捉摸。一方面基因能够决定蛋白质的成分，另一方面基因本身又由蛋白质构成，这种关系令人摸不着头脑——细胞里好像没有其他东西比基因更复杂、更神秘了。确实如此，不过染色体上还有些神秘的东西：那种小小的、被称为DNA的核酸。1869年，在德国的图宾根（Tubingen）镇，一位名叫弗雷德里希·米歇尔（Friedrich Miescher）的瑞士医生，从受伤士兵沾满脓血的绷带里，第一次分离出了DNA。米歇尔本人猜测，DNA可能是遗传的关键。1892年，在写给叔叔的信里，他做了惊人的预测：也许是DNA传递了遗传物质。“同所有语言一样，只要24~30个字母就能组成词汇，表达概念。”但是，那时人们并不关注DNA，只是将其看成一种相对简单的物质：它只有4个不同的“字母”，怎么可能携带遗传信息？
继穆勒之后，詹姆斯·沃森也来到了印第安纳州的布卢明顿。那时他才19岁，已经大学毕业了，显得有些早熟，看上去一点都不像能解决基因问题的人，但他确实做到了。可以想象，在印第安纳大学，他与穆勒相处不好，便师从来自意大利的萨尔瓦多·卢里亚（Salvador Luria）。沃森坚定地认为：组成基因的是DNA，而不是蛋白质。为了寻找证据，他去了丹麦。之后，又因为对那些丹麦的同事不满，于1951年10月去了剑桥。在卡文迪什实验室，机会之门向他打开了。在那里，他遇到了弗朗西斯·克里克（Francis Crick）。两个人同样聪明绝顶，同样坚信DNA的重要意义。
之后的事情都众所周知了。克里克不像沃森那样“早熟”，当时他已经35岁了，却还没有拿到博士学位。德军的炸弹炸毁了他在伦敦大学学院的仪器，使他无法测量高压下热水的黏性。但对他而言，这其实是一种解脱。他在物理学上无法取得成果，便尝试着转战生物学，但也没有获得成功。开始的时候，他受雇于剑桥的一个实验室，主要工作是测量细胞在被迫摄入颗粒后的黏性，但他觉得这份工作太枯燥，便辞职了，前往卡文迪什实验室从事晶体学研究。但是他没有耐心潜心进行自己的研究，也不屑于只研究一些小问题。他时常开怀大笑，对自己的学识充满信心，还喜欢抢着告诉别人正在研究的问题的答案，这导致他在卡文迪什实验室里人际关系紧张。当时的主流观点是基因由蛋白质构成，而克里克却不敢苟同。他觉得，基因的结构是个重大问题，也许DNA就是答案的一部分。于是他放弃了自己的研究，和沃森一起，开始对DNA进行深入研究。这样，科学史上一个伟大的合作诞生了：一个是美国人，年轻、雄心勃勃、头脑敏捷，专攻生物学；另一个是英国人，天资聪颖、无法专注于某个学科，却擅长物理学。他们的合作愉快友好，有很强的竞争力，因此也十分高产——真可谓是珠联璧合。
短短几个月之内，他们从别人已收集好的但未分析透彻的数据，发现了DNA的结构，这也是有史以来最伟大的科学发现之一。比起阿基米德从浴缸里发现浮力定律，沃森和克里克的发现更值得骄傲。1953年2月，弗朗西斯·克里克在老鹰酒吧里宣布：“我们发现了生命的秘密！”沃森有些不敢相信，他还是担心他们的研究是否还存在纰漏。
但是，他们没有错。突然间，一切都清楚了：DNA是一种双螺旋结构，好似两条缠绕在一起的精美楼梯，长度可以无限延长。它携带着一个密码，借助密码字母之间的化学亲和力，这个密码能够进行自我复制。除此之外，这个密码还指明了制造蛋白质的配方——DNA和蛋白质之间的关系通过一本“密码手册”对应联系起来，而在当时这本“密码手册”还未被发现。DNA结构的发现，具有重大的历史意义，它让一切显得那么简单，却又不失美感。正如理查德·道金斯（Richard Dawkins）所言
：“在沃森-克里克时代之后，分子生物学真正的革命在于它变成了数码式的——基因的“机器代码”与计算机代码很接近，令人不可思议。”
沃森-克里克的DNA结构发表之后一个月，英国新女王加冕，同一天，一个英国探险队征服了珠穆朗玛峰——这些新闻都有更多的理由吸引媒体和公众的注意力。因此，除了《新闻纪事》上刊登了小则消息外，再没有报纸报道DNA双螺旋结构的发现。而今天，大多数科学家都认为它是20世纪，甚至是1000年来最重要的发现。
DNA结构发现了，也给人们带来了种种困惑，一直持续了很多年。基因密码本身，也就是基因用以表达自己的那种语言，本身就是一个谜，多年不得破解。对于沃森和克里克来说，发现密码的存在是很容易的，只需将猜测、物理学知识和灵感结合起来就可以了，但要破译密码，却需要真正的天才。很明显，这个密码是由4个字母组成的：A、C、G和T。而且几乎可以肯定地说，就是这个密码被翻译成了20种氨基酸，氨基酸又组成了蛋白质。但是，这个过程是怎样的？又是在哪里、以何种方式完成的？
克里克有许多好的想法，为我们寻找这些问题的答案，提供了很多绝佳的思路，其中就包括一种被称为“衔接分子”的物质——我们今天称其为转运RNA。尽管没有任何证据，克里克预言这样的分子肯定是存在的。最后，它果然现出了真面目。不过，克里克也有一个观点，被称为历史上最伟大的错误理论。这是一个非常理想化的观点，克里克的“没有逗号的密码”理论比自然母亲所用的方法要优美得多。这个理论是这样的：假设这个密码的每组有三个字母（如果只有两个，则总共只能有16种不同的组合，不够用）。假设密码里没有逗号，每组密码之间也没有空隙。现在，假设这个密码不包括那些可能由于选择了错误的起始位置，而导致错误识别的密码组合。下面使用布赖恩·海斯（Brian Hayes）曾经用过的一个例子来进行说明。有4个字母A、S、E和T，首先列出利用其中3个字母能够组成的全部词语：ass、ate、eat、sat、sea、see、set、tat、tea和tee。之后，排除那些可能由于起始位置选择错误，而导致误读的词语。例如，“ateateat”就可能被误读成“a tea tea t”或“at eat eat”或“ate ate at”。在基因密码里只能存在一种这样的三字母组合。
克里克对A、C、G和T进行了同样的处理。他首先去除AAA、CCC、GGG和TTT。然后，把其余的60个组合每三个并为一组。每一组里的三个组合都含有相同的字母，字母的顺序是循环的。比如，ACT、CTA和TAC是一组，因为在每一个组合里，C都位于A的后面，T位于C的后面，A位于T的后面。如果顺序不同，比如ATC、TCA和CAT就是另外一组了。每一组里只有一个组合会出现在密码里。这样，基因密码里就包含了20个密码组合，蛋白质的字母表里恰好也有20个由氨基酸组成的字母。结果就是，一个4位的密码竟然有一个包含20个字母的字母表。
克里克希望人们不要对他的这个理论太在意，却事与愿违。“在破译密码上，我们现在的假设和推断依据不足，因此，从理论上讲，不应该做出这样的推断。但是，我们之所以这样推断，只是因为“20”这个数字符合物理学的假设。”并且，DNA的双螺旋结构在开始时同样也没有证据支撑。在这个理论提出之后，人们都很兴奋。之后的5年里，人人都觉得克里克的理论是正确的。
但是，有关这个理论的真相终将被揭开。1961年，当其他人都还在沉迷于这个理论的时候，马歇尔·尼伦伯格（Marshall Nirenberg）和约翰·马太（Johann Matthaei）破译了遗传密码中的一个组合。他们的方法很简单，完全使用U（尿嘧啶，相当于DNA里的T）制造出一条RNA链，然后把这条RNA链浸入氨基酸溶液。在这个溶液里，核糖体将许多苯基丙氨酸结合在一起，制造出一个蛋白质。这样，遗传密码里的第一个组合就被破译了，“UUU”代表的是苯基丙氨酸。“无逗号基因密码”的理论终究是错误的，因为它无法容纳“移码突变”的存在。在这个理论下，一旦出现“移码突变”，一个字母的丢失就会导致之后的所有字母都变得毫无意义。相比之下，大自然选用的方法兼容性更强，能够经受住其他错误。基因密码内出现了很多重复内容，同一个意义可以用很多种三字母形成的组合进行表达。
到了1965年，所有的遗传密码都已被破解，标志着现代遗传学的开端。那些在20世纪60年代看来具有前沿性的突破，在20世纪90年代已经成了常规工作。所以，在1995年重新回顾很久以前，阿奇博尔德·加洛德的那些黑尿症病人时，根据科学就能很准确地说出，他的疾病是哪一个基因上的哪一个“拼写”错误导致的。这个故事是20世纪遗传学的一个缩影。前边曾经提到，尿黑酸尿症尽管少见，但并不危险，通过调整饮食的方法就可以轻松治愈。所以有很多年，科学家都没再研究这种疾病。鉴于它在遗传学历史上的重要性，1995年，两个西班牙人对它展开研究。他们经过努力，制造出一个曲霉菌（一种真菌）的突变体——在苯丙氨酸存在下，这种突变种体内会积累大量的紫色色素，即尿黑酸。与加洛德的推测一致，在这个突变体内的一种蛋白质是有功能缺陷的，它叫作尿黑酸双加氧酶。这两个西班牙人利用一些特殊的酶把曲霉菌的基因组分裂开来，找出与正常真菌基因组不同的片段，然后破解这些片段里的密码。这样，他们最终找到了出问题的基因。他们遍历人类全部基因，试图找出一个与曲霉菌这个“问题基因”相似的人类基因。他们找到了——在3号染色体的长臂上，有一段DNA的字母序列与那个“问题基因”里的52%是相同的。从黑尿症患者体内找出这个基因，并把它和正常人体内的同一基因进行对比，结果显示两者的基因只有一个字母不同（第690个或第901个），这就是致病的关键。每一个病人都是因为这两个字母中的一个出了错，导致这个基因制造的蛋白质无法发挥正常功能。
这个基因只是人体中无数普通基因中的一个，基因在不同的人体器官内进行生化作用，按部就班，制造蛋白质，一旦出了问题，就会导致一种疾病。它的一切都是那么平淡无奇，没有丝毫特殊之处。基因与智商或同性恋倾向没有什么联系，没有向我们揭示生命的起源，也不是“自私的基因”，它遵守孟德尔遗传定律，既不会致死也不会致残。不管出于什么目的、为了达到什么目标，它在地球上所有生命里都是一样的，甚至在面包霉里都有它的踪影，它在那里发挥着和人体内一样的功能。但是，制造尿黑酸双加氧酶的这个基因是值得载入史书的，因为它的故事伴随了遗传学的发展。这个小小的基因发出的夺目光芒，会让格雷戈尔·孟德尔都感到眩晕，它完美地展示出孟德尔的遗传学说。基因要讲述的故事关乎那些微观的、缠绕在一起的、共同发挥作用的双螺旋，关乎那些由4个字母组成的遗传密码，也揭示了所有生命在化学上的一致性。