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孟德尔的豌豆杂交实验有一个直白的推论，那就是在父母亲的体内存在许多颗粒状的、携带着父母遗传信息的物质，例如“黄豌豆”遗传物质和“绿豌豆”遗传物质，这些物质会在交配过程中同时进入子代的体内。而在此之后，在这些子代每一次繁衍的时候，都会重复一次分离再组合的过程，孟德尔把这些物质简单称为“遗传因子”。到了20世纪初，孟德尔的遗传因子又被重新命名为“基因”（gene）。“gene”这个单词明显是从“pangene”（泛生子）简化而来的，反倒是“基因”这个来自中国第一代遗传学家谈家桢先生的中文翻译颇具神韵。基因，不就是携带着遗传信息的“基”本单元的“因”子嘛。
有些读者可能会马上想到，基因分离和组合的过程有点类似于化学反应的过程。比如说，将氢气和氧气混合后点燃，两者发生燃烧反应就产生了水。在此过程中四个氢原子和两个氧原子反应生成两个水分子，示意图如下所示（见图1-13）。
在此过程中，不论是氢原子还是氧原子，本身都没有发生什么变化，反应前我们有四个氢原子、两个氧原子，反应之后仍然有同样多的氢原子和氧原子，发生变化的只是这些原子之间连接的方式。
同样，按照颗粒遗传理论，不管在哪一代豌豆体内，不管豌豆表皮是黄是绿，“黄豌豆”遗传因子和“绿豌豆”遗传因子也都始终如一，发生变化的是它们组合的方式。
就像原子论极大地推动了化学的发展一样，在科学意义上，颗粒状的基因要比像液体一样混合的泛生子方便处理得多。从我们对豌豆杂交结果的讨论就能看出来，颗粒状的基因能简单用各种字母代替，而我们甚至难以想象能自由融合的泛生子到底是一种什么东西。
随之而来的问题是，这种颗粒状的基因到底是什么呢？它们当然非常微小，否则也不可能隐藏在豌豆花粉之中随风飘散。既然每一代生物体内都有它的存在，我们是不是可以用某种方法把它提取出来，就像我们从成吨的金矿石中通过破碎、研磨以及化学反应提取出区区几克黄金一样？
进入20世纪，特别是在孟德尔的颗粒遗传理论重新受到关注，正式进入人类的主流科学认知之后，一批批最聪明的头脑投入了寻找基因的工作中。
当然了，与淘金相比，寻找基因要困难得多。因为在淘金前，我们就见过天然存在的金子，也知道它具备的许多物理和化学性质：它的密度超过了大部分矿石的密度，它很难和酸碱发生化学反应，它能溶解在由三份浓盐酸和一份浓硝酸配成的王水里，等等。利用这些信息，我们可以设计出提取纯金的程序，也可以设计出检验黄金最终成色的方法。而基因呢？基因长什么样我们可是一无所知啊。
在孟德尔的实验里，我们已经知道了基因的一个至关重要的属性，比如“黄豌豆”基因能够让豌豆表皮呈现黄色。那么我们是不是可以这么做：把一堆黄豌豆切碎磨细，用各种化学方法将其分离成各种各样的物质，然后把提取出来的每种物质通过某种方法放到一颗绿豌豆里面去。如果这颗绿豌豆从此就能结出黄色的种子，我们是不是就可以反推这种物质就是传说中的“黄豌豆”基因？
这么说下来你们可能会觉得很可笑，这方法听起来一点也不高明，而且也没什么“科学”的影子。基因这么“高大上”的科学概念，我们是否需要一套更先进、更现代化的研究方法呢？显微镜、离心机、培养皿这些电视上常见的研究设备是否可以呢？不过仔细想想你就会明白，这几乎是唯一能够帮助我们寻找基因的办法了！因为关于这种被叫作基因的东西，我们唯一知道的就是它存在于生物体内，能够产生某种特别的性状，例如“黄豌豆”基因能够让豌豆长出黄色的表皮。我们必须依靠这些来寻找和理解它。
寻找基因的第一个重大突破发生于20世纪20年代的英国。那时，英国细菌学家弗雷德里克·格里菲斯（Frederick Griffith）试图发明疫苗来对抗当时肆虐全欧的细菌性肺炎。当时人们已经知道，想要获得对某种传染病的免疫力，一个办法是让人先接触某种较弱的传染源。此前，英国医生爱德华·琴纳（Edward Jenner）正是让孩子们先感染对人危害较小的牛痘病毒，从而让他们获得对高致死性的人类天花病毒的免疫力的。格里菲斯也想重复琴纳的做法。因此，他试图寻找毒性较弱的肺炎链球菌，人工催生人体对肺炎的免疫力。
格里菲斯从病人那里收集了两种肺炎链球菌（见图1-14），一种表面光滑，一种表面粗糙（是不是又让你想到了孟德尔进行豌豆杂交实验中使用的表皮光滑或褶皱的豌豆）。光滑型细菌能够引起肺炎，对实验老鼠来说是致命的，但粗糙型细菌并没有什么毒性。我们现在知道，表面光滑的细菌外层包裹着一层多糖外壳。实际上，并不是细菌本身，而是这层多糖外壳引发的剧烈免疫反应杀死了病人和实验动物。
所以，自然而然地，格里菲斯产生了两个想法：给实验老鼠注射粗糙型细菌，或者注射灭活光滑型细菌，这两种较弱的刺激是不是能够催生实验老鼠对抗致命性肺炎的免疫力？
结果让格里菲斯很失望（见图1-15），实验老鼠看起来很健康，这说明这两种刺激确实较弱，老鼠也并没有获得免疫力。于是他干脆把两种较弱的刺激混合在一起注射给老鼠。令人啼笔皆非的是，格里菲斯这么做并非顺理成章，而是有点破罐子破摔的味道了。
可是混合注射的结果大大出乎了格里菲斯的意料：老鼠居然很快就死掉了，就像它们真的患了肺炎一样。可这肺炎是从何而来的呢？能够致病的光滑型细菌已经彻底热灭活了，活着的粗糙型细菌又明明没有任何致病性。而且更让人费解的是，格里菲斯从死亡的老鼠体内，居然发现了活着的光滑型细菌！热灭活的光滑型细菌“菌死不能复生”，那么这些“复活”的光滑型细菌又是从何而来的呢？
看到这里大家大概已经明白了，格里菲斯做的这个混合注射实验，不就是我们刚刚假想过的寻找“黄豌豆”基因实验的翻版吗？已经灭活的光滑型细菌和活着的粗糙型细菌混合在一起，就能让后者“变成”光滑型细菌，足以杀死实验老鼠。这不就正好说明，细菌表面是光滑还是粗糙，就和豌豆表皮是黄还是绿一样，是由某种基因决定的吗？而且，既然灭活的光滑型细菌能让活着的粗糙型细菌华丽变身（格里菲斯把这种现象叫作“转化”），岂不是说明光滑型细菌基因能够轻松进入粗糙型细菌内部，并且改变它的遗传性状？更进一步说，如果能够利用这个简单的实验系统，从光滑型细菌里提取出能让粗糙型细菌变身的物质，我们不就能看到基因的真面目了吗？
也正是因为这个原因，寻找基因的进展在格里菲斯的偶然发现之后骤然加速了。至少，在这个实验系统里，科学家需要处理的仅仅是微小的细菌，而不是豌豆这种一年才开一次花的庞然大物。在大洋彼岸的美国纽约洛克菲勒医学研究所，几位科学家的接力赛跑，在十几年后终于为我们揭示了基因的真面目。而他们的做法其实就和我们刚刚假想的“黄豌豆”基因分离实验差不多。
在那个时代，人们已经对组成生命的几大类物质有所了解了，包括蛋白质、脂肪、碳水化合物及核酸（特别是DNA和RNA）。洛克菲勒医学研究所的奥斯瓦德·西奥多·埃弗里（Oswald Theodore Avery）在将光滑型肺炎链球菌加热，去除不溶于水的脂肪后，从中提取了可溶于水的物质，再利用三氯甲烷将蛋白质去除，之后又利用乙醇沉淀出了某种纤维状的透明物质（见图1-16）。他证明，这种纤维状物质能够将粗糙型的肺炎链球菌成功转化为光滑型肺炎链球菌。也就是说，光滑型细菌的基因就是这种纤维状物质！
埃弗里有足够的信心认定这种纤维状物质就是已知的DNA。他首先证明，这种纤维状物质的化学组成和人们熟知的DNA别无二致，都含有一定比例的碳原子、氢原子、氮原子和磷原子。更重要的是，他发现一种能特异性消化DNA分子的酶能够破坏掉纤维状物质的转化能力，而如果用能消化蛋白质或者RNA分子的酶来处理，则不会对这种转化能力产生任何影响。
在孟德尔提出颗粒遗传理论近百年后，我们终于开始对遗传因子的物质属性有了了解。解释遗传真相，我们再也不需要泛生子这样的抽象概念了。遗传信息的载体是一种叫作DNA的化学物质。它携带着来自父亲和母亲的遗传信息进入子代的机体中，作为生命蓝图决定了子代丰富多彩的性状，从豌豆表皮的颜色到肺炎链球菌的外壳。
当然，我们这么说有点“事后诸葛亮”的味道。实际上，在20世纪40年代，尽管埃弗里的实验很快得到了同行的重复验证，但大家对于DNA就是遗传物质这件事还是有点将信将疑，甚至对于埃弗里实验最低程度的接受——DNA至少在遗传过程中起着很重要的作用，都不是很普遍。同行们质疑的原因也很直白：埃弗里实验有一个逻辑上无法克服的缺陷，他是依靠化学方法从光滑型细菌中提取纤维状DNA的。尽管从技术上说，他可以尽量优化提取过程，保证提取出来的DNA纯度高，不包含任何杂质，埃弗里和同事也证明了这一点。但是从逻辑上说，反对者总是可以怀疑埃弗里提取出的DNA携带了极其微量的、现有技术无法检测出来的蛋白质。因此，反对者可以认为，是这些蛋白质“杂质”传递了遗传信息。DNA只不过正好存在，却因为数量巨大、长相又抓人眼球，才窃取了遗传因子的“美名”。
想要严肃排除微量蛋白质“杂质”的干扰，光靠实验技术的改进是不够的。不管埃弗里将蛋白质“杂质”去除得多么干净，反对者都可以用同一个逻辑来反问：“你怎么知道里面不存在现有技术检测不出来的微量蛋白质？”因此，想要真正彻底排除蛋白质的干扰，我们需要换一个角度思考问题。
当然，必须得说埃弗里实验已经让一部分人先明白了。他们突然意识到，DNA分子是遗传物质这件事，虽然听起来像是天方夜谭，但似乎并不是没有蛛丝马迹可循。早在1879年，人们就已经知道生物体的细胞中隐藏着一种能被碱性染料染成深色的丝状物质，这就是我们今天熟悉的染色体。在动物产生生殖细胞的时候，这些丝状物质会小心翼翼地平均分配到两个子代细胞中去（见图1-17）。而当生殖细胞精子和卵子融合并开始发育时，两个生殖细胞中的这种丝状物质又会很有默契地配对到一起。
这个过程听起来是不是和孟德尔对遗传因子的猜测有点像？染色体的分离对应着父母遗传信息的分离，而精子和卵子内的染色体的重新配对又对应着子代体内遗传信息的重新组合。因此，当时就有人猜测，基因其实就定位在染色体上。继孟德尔之后，伟大的遗传学家托马斯·亨特·摩尔根（Thomas Hunt Morgan）进一步发展了这个猜测，他利用果蝇证明了基因的存在。比如决定果蝇的眼睛颜色为白色的“白色”基因，就定位在果蝇性染色体的某个特定位置上。
而人们对于染色体的化学组成是很清楚的，就是DNA和蛋白质。
DNA这种物质连续两次出现已经不太像是巧合了。难道说，埃弗里实验的结论是正确的，DNA真的就是遗传物质？
1952年，两位美国科学家艾尔弗雷德·赫尔希（Alfred Hershey）和他的助手玛莎·蔡斯（Martha Chase）用完全不同的思路重新证明了DNA就是遗传物质（见图1-18）。为了避免蛋白质的干扰，他们用了一种和埃弗里完全不同的实验方法，非常巧妙地利用了基因的另一个特性——世代间的传递。
我们已经知道，遗传因子的一大特性就是能够影响后代的各种性状，比如豌豆表皮是黄色还是绿色的，以及肺炎链球菌表面是光滑还是粗糙的。埃弗里正是利用了这一点，首先证明了DNA就是这种遗传因子。我们稍加思考就会发现，遗传因子的这个特性需要一个前提条件，就是它必须能够有效地从亲代那里传递给子代，再由子代传递给其下一代，世世代代传递下去。它就像一张蓝图，一个标签，一位设计师，决定了后代的性状。反过来说，如果一种物质压根不能在世代之间传递，那它当然就不可能是遗传因子。利用这一点，赫尔希和蔡斯证明了是DNA而非蛋白质才能够在世代之间传递，因此，我们也就根本没有必要担心埃弗里实验中大家假设的蛋白质“杂质”的污染了。
他们的实验用到了一种比细菌还要微小的生物——噬菌体，这是一种依靠入侵细菌为生的病毒。人们当时已经知道，DNA的化学组成中含有磷元素而没有硫元素，蛋白质则恰好相反。因此赫尔希和蔡斯利用了这点微小的差别，用两种不同的放射性同位素磷-32和硫-35，分别标记了噬菌体的蛋白质和DNA。当这种病毒入侵细菌，疯狂复制繁衍时，遗传因子就会进入它们后代的体内。可以想象，如果病毒后代带有磷-32的放射信号，那么DNA就更像遗传物质；反过来，如果病毒带有硫-35的放射信号，那么蛋白质才更有资格做遗传物质的“候选者”。赫尔希和蔡斯的实验结果表明，病毒后代体内磷-32的放射信号要显著地超过硫-35的放射信号。换句话说，相比万众期待的蛋白质，DNA才更像那个能够在病毒中世代传递遗传信息的分子。DNA就是遗传物质，我们苦苦寻觅的基因，一定是以DNA形式存在的。