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第二天,我疾步走进佩鲁兹的办公室,想把我得悉的情况告诉他;正巧布喇格也在那儿。那是个星期六的早晨,克里克还没来,他大概还在床上翻阅早上刚刚收到的那本《自然》杂志呢。我立刻开始讲起“B型”的具体细节来,还画了张简略的草图来说明DNA是一种螺旋。这种螺旋每34埃沿螺旋轴重复一次。布喇格马上打断我的话,提出了一个问题。我知道我的话遇到了知音。于是,我趁热打铁谈起了鲍林的模型。我认为,大西洋这边的人无所事事,让鲍林有机会对DNA结构再作一次尝试,那实在太危险了。我接着提出希望在卡文迪什找一个技工制作嘌呤和嘧啶的模型,然后停了下来,看看布喇格有什么反应。
布喇格爵士不仅没有表示什么异议,反而鼓励我把模型搞下去。这使我松了一口气。显然,他并不赞成金氏学院的内部争吵。尤其是这些争吵发生在鲍林由于发现另一个重要分子的结构而可能洋洋得意的时候。我的关于烟草花叶病毒的研究对我们的工作也颇有益处。这件事情以前曾给布喇格一个印象,以为我那是自行其是。那天晚上,他可以安然睡觉,而不为恶梦所困扰了。以往,他曾梦见克里克由于他的纵容简直发展到了丝毫不顾大局的地步。
于是,我奔下楼去,来到技工间通知他们说我就要设计一些模型。这些模型必须在一周内完成。我刚回到办公室,克里克就漫步走了进来。他对我说,他们昨天的晚餐聚会非常成功。我姐姐带去的那个法国小伙子把奥迪尔搞得神魂颠倒。一个月前,我姐姐伊丽莎白在回美国途中来这里作不定期逗留。很幸运,我把她安顿在凯密丽·普莱尔的旅馆住宿。而我也可以在那儿同“老妈”和她那里的外国姑娘们共进晚餐。这样一来,伊丽莎白也就不必非去住那些典型的英国式宿舍,我的胃病也可望会减轻些,这也可算是一举两得吧。
住在这个旅馆里的还有准备临时呆上几个月进修一下英语的福卡德(Bertrand Fourcade)。即使不能说他是剑桥最漂亮的人,至少也可说是剑桥最漂亮的男人。他也决不会没有意识到自己仪表堂堂,因此,现在来了一位衣着打扮并不比他逊色的年青姑娘,他当然非常欢迎。奥迪尔得知我们认识这位外国美男子时,显得非常高兴。当福卡德在金氏学院广场上漫步,或是在业余戏剧俱乐部演出幕间休息时,他悠闲地站在那里,奥迪尔同许多剑桥女子一样都会死死盯住他不放。于是,我们干脆让伊丽莎白打听一下福卡德是否有空和我们一起在“葡萄牙地\"同克里克夫妇一道吃顿便饭。时间终于安排妥了,可是,与我的伦敦之行多少有点冲突。席间,我注视着威尔金斯慢吞吞地用完他的那份饭菜,而奥迪尔却在欣赏福卡德那美如冠玉的面庞。他正在大谈当年夏天在里维埃拉度假时究竟应该去应酬谁才好。
这天早上,克里克发现我对那些法国阔佬没有往常那种兴趣。相反,他曾一度担心我会使人讨厌。这时,克里克已略带醉意。如果我对他说,一位过去研究鸟类的人现在居然也能解决DNA结构,似乎不是对待一个喝醉的朋友的正确态度。可是,当我把“B型”的细节透露给他时,他马上明白我不是在拿他取笑。我坚持认为子午线上3.4埃的反射比其他反射都强,这一点是特别重要的。这一现象只能意味着厚度为3.4埃的嘌呤和嘧啶碱基是堆积在一起的:并且与螺旋轴成垂直方向的。另外,电子显微镜和X射线照片所得到的证明,使我们可以断定螺旋的直径大约为20埃。我认为在生物界频繁出现的配对现象预示着我们应该制作双链模型。可是,克里克却随便怎么也不愿接受我的这个观点。要继续搞下去,照他的意见唯一的途径就是把一切不符合核酸化学常识的观念都统统排除掉。我们掌握的实验证据还不能区分双链和三链模型。所以,他认为对这两种说法都要同样加以考虑。我对此虽然持怀疑态度,但不愿同他争论。我当然是要搞双链模型的。
几天过去了,我们都没有搞出象样的模型来,这不仅是因为我们缺乏嘌呤和嘧啶零件,而且,我们根本就没有一个修配车间能把磷原子装配起来。我们的机械师制作很简单的磷原子至少也要三天时间。于是在午饭后,我回到了克莱尔学院,又仔细推敲那份关于细菌遗传学的手稿。后来,我就骑车去“老妈”旅馆吃晚饭,我看见福卡德和我姐姐正在同彼得谈话。在一周之前,彼得用花言巧语,使“老妈”同意他在那儿吃饭。彼得正在抱怨说,佩鲁兹没有权利在周末晚上把尼娜关在家里。福卡德和伊丽莎白与彼得不同,他俩倒是感到非常得意。他们刚刚乘坐一位朋友的“罗伊斯“牌轿车从贝德福特(Bedford)附近的一幢有名的乡村别墅游玩回来。他们的东道主是一位好古的建筑师。他不喜欢现代文明生活,在他的别墅里一直没有使用煤气和电。这位建筑师挖空心思地把那儿的生活安排得同十八世纪的绅士生活一样。他甚至还为那些陪他在院子里闲逛的客人预备了手杖。
刚吃完晚饭,福卡德就把伊丽莎白带走,去参加另一个聚会,而彼得和我,却一下子不知做什么事是好。我们俩开头想去装配彼得的那台传真性能很高的收音机,后来又一起去看了一场电影。我们一直玩到深夜,这时彼得开始喋喋不休地对我说起,罗思柴尔德男爵不邀请他和他女儿萨拉(Sarah)一起用晚餐,这是逃避作父亲的义务。如果彼得能够跻身上流社会,我说不定也能不必非讨一位大学教师做老婆了。
三天以后,磷原子模型准备就绪了。我把几个短的糖和磷酸骨架很快地串连起来。然后我又花了一天半时间。想搞出一个骨架在中心的双链模型。可是搞来搞去,从立体化学角度看来,所有与“B型”X 射线证据相符的模型,都不比我们在一年零三个月前搞的那个三链模型完善。这时,我看克里克全神贯注地埋头于他的博士论文,我索性和福卡德打了一下午网球。喝过了茶,我回去对克里克说,打网球可比做模型舒服得多啦。克里克还是对这大好春光无动于衷。他放下笔对我说,不光是DNA很重要,而且总有一天我会发现室外运动也有其不足之处。
在“葡萄牙地“吃晚饭时,我回过头来又思考我们的模型究竟错在哪里。尽管我坚持认为应该把骨架放在中心,可是我知道,我的理由没一个是站得住脚的。喝咖啡时,我承认我不愿把碱基放在模型内部的部分原因是,我怀疑这样就可能制造出无数个这种类型的模型来。这样,我们就不可能断定究竟哪一个是正确的。但是,真正的绊脚石还是碱基。如果碱基在外部,我们就不必对它们多加考虑。要是在内部的话,问题就麻烦了。怎样才能把两条或多条多核苷酸链和不规则碱基顺序堆积在一起!在这一点上,克里克不得不承认,他也一筹莫展。从地下餐厅出来时,我隐隐约约提醒克里克,他至少必须提出一个稍微说得通的论点,然后我才会认真对待以碱基为中心的模型。
不过,第二大早晨,我还是拆毁了一个使人讨厌的以骨架为中心的分子模型。这时,我断定花几天时间制作一个骨架在外部的模型并不会有什么害处。这样做就意味着暂时把碱基搁置一旁,不予考虑。但是,不管怎么说,这是必不可免的,因为至少还要一个星期,技工才能把制好的嘌呤和嘧啶的锡板模型交给我们。、要一个外部骨架弄成与X 射线图谱相符的形状不是什么难事。事实上,克里克和我都觉得,两个相连碱基之间的最适旋转角度是30一40度。相反,如果该角度大一倍或小一倍,看来都和有关的键角不相符合。因此,如果骨架在外部,X 射线图谱上每34埃重复一次就表示沿螺旋轴方向完全旋转一周的距离。这时候 ,克里克的劲头又来了,他越来越频繁地停下他的计算,抬头端详一下那台模型。然 而,在周末我们还是毫不犹豫地放下了工作。星期六晚上,我们在三一学院参加了一次晚会。星期天威尔金斯到克里克夫妇家做了一次社交访问。这次访问是在收到鲍林的手稿前几个星期就安排好的。
我们不想让威尔金斯忘掉DNA。他刚从车站来到,克里克就开始向他询问有关“B型”结构的详细情况。可是,直到吃完午饭,克里克打听到的还不如我上星期听到的更详细。甚至当彼得赶到,肯定地说他父亲会立即去搞DNA的,这件事仍然没能改变威尔金斯的计算。他再次强调,在罗西离开之前,就是说六个星期以内,他要把建造模型的大部分工作停下来。克里克趁机询问威尔金斯,如果我们再研究DNA模型,他会不会介意。他缓慢地吐出了一个“不”字,就是说他不介意,这时,我的心才平静下来。其实,就算他介意,我们制 作模型的工作也是肯定要进行的。
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在后来的几天时间里,克里克对我不能专心致志地制作分子模型而感到愈来愈烦恼。虽然在他十点左右进来之前,我已在实验室里,那也无济于事。几乎每天下午,我总在网球场上打球。他知道这一情况,所以常常扭过头来,不满地看看无人过问的多核苷酸模型。茶点以后,我也只在实验室泡上几分钟,随便摆弄一下什么东西,然后就急急忙忙地赶到“老妈”旅馆和女孩子们一起喝雪利酒去了。我才不把克里克的抱怨当回事呢。要是不能正确解决碱基在模型中的位置,而只在糖和磷酸骨架问题上打圈子,就是搞得再好,也不能表示我们的工作有真正的进展。
我仍然把大部分夜晚都消磨在看电影上,幻想着答案说不定在什么时候突然出现在我的脑子里。然而,对电影的过分着迷也会产生副作用。
就是在看好的电影时,我也忘不了DNA的碱基。然而,我也常常想到,从立体化学的角度看,我们毕竟为糖和磷酸骨架提出了一个合理的构型。同时,也不用再担心这会和实验数据不一致了。我们用罗西的精确测量法对它进行过检验。当然,罗西并没有直接把她的数据交给我们。正因为这样,金氏学院才没人想到我们会掌握这些资料。原来医学研究委员会为了调查兰德尔实验室的研究工作与生物物理研究工作的协调情况,而指定成立了一个委员会。由于佩鲁兹是这个委员会的成员,我们才获得了这些资料。兰德尔想让外界知道他有一个卓有成效的研究班子。他指示他的助手们对工作进行了一次全面的总结。在适当的时候,这些材料油印了出来,并按惯例发给委员会的每个成员。这份报告不是机密的,因此佩鲁兹觉得没有理由不能把它送给克里克和我看看。克里克匆匆地浏览了这篇报告。他感到放心的是这份报告证实了我从金氏学院返回后,准确地向他报告了“B型”的基本特点。根据这份资料,对我们的骨架结构只要稍微作些细小的改动就可以了。一般说来,我总是在深夜回到房间后,才尽力开动脑筋,去揭开碱基问题的奥秘。在戴维逊(J.N. Davidson)写的那本小册子《核酸的生物化学》里,就有碱基的分子式。我在克莱尔就有这本书。所以,我敢断定我在卡文迪什的便笺纸上画的那些碱基图是正确的。我想把那些位于中心的碱基安排在这样一种位置上,使得外边的骨架完全是规则的。当然,这得首先假定每个核苷酸的糖和磷酸基团都有完全相同的三维结构。但是,每当想找出一个答案的时候,我总是碰到这个障碍;我发现四个碱基都有完全不同的形状。而且,我还完全有理由相信,特定的多核苷酸链的碱基顺序是很不规则的。这样,除非有什么特别的诀窍,否则,随便地把两条核苷酸链绕在一起,只能导致混乱。在某些部位,那些大的碱基应该互相靠在一起,而在另一些部位,彼此对称的一些小的碱基之间必定会留有空隙,否则,它们的骨架就要凹陷变形。
怎样才能用碱基之间的氢键把交织的多核苷酸链联结在一起,也是一个令人头痛的问题。一年多以来,克里克和我否定了碱基可能构成规则的氢键。可是现在问题很清楚,我们完全错了。碱基上的一个或几个氢原子可以从某个位置移到另一个位置。最初我们认为这种现象(互变异构)表明,一个碱基所有可能的互变异构体的频率是均等的。最近,我又阅读了戈兰德(J.M. Gulland)和乔丹(XXXXXXrdan)关于DNA酸碱滴定的文章,使我非常信服他们那有力的结论:即如果不是全部,至少大部分碱基能够形成与其他碱基相连的氢键。更重要的是,在很低浓度的DNA中,这些氢键依然存在。这充分说明,就是这些氢键把同一个分子中的碱基联接在一起。此外,x 射线的实验结果也指出,至今研究过的碱基都能构成在立体化学范围内尽可能多的不规则氢键。这样,问题的关键显然就在于支配碱基之间氢键的规律上了。
我看电影也好,不 看也罢,我漫不经心地画出来的碱基图,起初对于解决氢键问题毫无帮助。即使把“狂欢”这个字眼从脑子里完全清除了出去,也没能使我对氢键得出一个合理的结论。在我入睡的时候,正是盼望着第二天下午在唐宁街举行的大学联欢会上,能有许多漂亮姑娘。可是第二天一早我赶到会场,看到一队健壮的曲棍球队员和一群初出茅庐的拘谨少女,就感到大失所望。福卡德也立即发觉这儿不是他久留之地。为了礼貌,我们还是在那几呆了一会儿。这时,我告诉他,我怎样正在和彼得的父亲竞赛,争夺诺贝尔奖金。
几天后,大约是下星期三的光景,有一次我在纸上画腺嘌呤的结构式时,居然茅塞顿开,受到了一个颇为重要的启示。我忽然想到在DNA结构中,腺嘌呤残基之间形成的氢键和在纯腺凛呤结晶中的氢键是相似的。这可能具有深远的意义。如果DNA确是这样的话,一个腺嘌呤残基和与它成一百八十度旋转的有关腺嘌呤残基之间可以形成两个氢键。而更为重要的是,同样两个对称氢键也可以把一对鸟嘌呤,一对胞嘧啶或一对胸腺嘧啶联结起来。于是,我开始想,每个DNA分子是否都是由相同碱基顺序的双链构成的;而这两条链又是通过相同碱基对之间的氢键联在一起的。麻烦的是,这样的结构不可能有一个规则的骨架,因为嘌呤(腺嘌呤和鸟嘌呤)和嘧啶(胸腺嘧啶和胞嘧啶)形状不同,这个结构的骨架会由于这些嘌呤对或嘧啶对在中心交替出现,而显示凸出或凹进的形状。
尽管骨架不规则的问题仍未解决,我的心却砰砰地乱跳起来。如果这就是DNA的结构,我会因这个发现而一鸣惊人。两条碱基顺序相同并相互缠绕在一起的多核苷酸链存在于生物体内,不可能是一种偶然现象。相反,这倒有力他说明在某个早期阶段, DNA分子的一条链在另一条链合成时起到模板作用。按照这种说法,基因复制起始于它的两条相同链的分离。然后,在两条亲代模板上便产生出两条新的子代链,于是就合成了两个和原来分子一样的DNA分子。由此看来,基因复制的关键可能在于新合成的链中每个碱基总是通过氢键和一个相同的碱基相联。可是,那天晚上,我还弄不明白,为什么鸟嘌呤通常的互变异构体不能同腺嘌呤形成氢键。同样,其它一些错误配对也会发生。但既然没有理由排除某些专一性酶的作用,我也用不着过分地为此焦虑不安。譬如,可能存在着一种对腺嘌呤有专一作用的酶,它把腺嘌呤总是嵌在与模板链上腺嘌呤残基相对应的位置上。
时钟敲过十二点以后,我感到心情越来越愉快。我想到过去很长一段时间,克里克和我曾经担心表面上看来DNA结构可能是枯燥无味的。既不能说明它的复制机理,也不能说明它控制细胞的生物化学功能。但现在使我惊喜交加的是这个问题的答案看来竟是如此饶有趣味。有两个多小时,我躺在床上,闭着眼睛兴奋得彻夜难眠,成对的腺嘌呤幻影在我眼前翩翩飞舞。仅偶有几次,我担忧这绝妙的幻想是否会出差错。
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然而好景不长,到第二天中午,我的黄粱美梦就烟消云散了。我选择的鸟嘌呤和胸腺嘧啶的互变异构形式是错误的,这个事实又使我陷于窘境。在我发现这个不幸事实之前,我在惠姆匆匆地吃完了早餐,然后立即回到克莱尔学院,给德尔布吕克写了封回信。他在来信中曾告诉我,在加州理工学院的遗传学家看来,我的那篇细菌遗传学的文稿似乎有不妥之处。但尽管如此,他仍同意我的要求,把文稿寄给了《美国科学院院报》。这样,即使我干了一件蠢事,发表了一篇荒谬的文章,我依然还算年轻,在完全走上歧途之前清醒过来还为时不晚。
起初,这个消息的确引起了我的不安。而现在,我却由于可能发现DNA自我复制的结构而情绪高昂。在回信中,我重申了我的信念:我了解细菌交配时发生的情况。而且我不禁又添上一句说,我刚刚发现了一个绝妙的DNA结构,它和鲍林的那个完全不同。我还一度想写点有关我的工作进展情况。可是,我还在跟别人竞赛,就决定不写了。我急促地把信投入邮筒,就赶快回实验室去了。
信寄出还不到一小时,我就知道了我的所谓发现只是一派胡言。因为当我走进办公室,刚开始解释我的想法,美国晶体学者多纳休(Jerry Donohue)就反驳说,这种看法是不能成立的。按他的说法,我从戴维逊的书中引用的互变异构体是不正确的。我立即针锋相对,告诉他在其它一些教科书中也有以烯醇形式来表示鸟嘌呤和胸腺嘧啶的。但是,这丝毫说服不了多纳休。使人高兴的是,他也承认多年来有机化学家们倾向某种互变异构形式,而轻视另外一些形式,其实也是非常主观,并无可靠根据。实际上,许多有机化学教科书中,也都乱七八糟地画了一些异想天开的互变异构图,我扔到他面前的那张鸟嘌呤图,显然属于此类蹩脚货。化学常识告诉他:鸟嘌呤会以酮式出现。他同样认为,胸腺嘧啶被描绘成烯醇式结构,也是错误的。他再次明显地倾向酮式结构。
然而,多纳休并没有提出他倾向酮式结构的任何可靠理由。他承认,只有一种化合物的晶体结构与此有关。那就是二酮吡嗪。它的三维结构几年前就在鲍林的实验室里研究出来了。毫无疑问,这个化合物是酮式,而不是烯醇式。同时,在他看来,量子力学关于二酮吡嗪为何具有酮式结构的理论,也同样适用于鸟嘌岭和胸腺嘧啶。他 竭力劝我还是别异想天开地在这类问题上浪费时间了。
开始,我以为他是在有意挑剔,可是我并没有忽视他的批评。除了鲍林以外,多纳休称得上世界上最熟悉氢键的人了。他曾在加州理工学院对于小的有机分子晶体结构进行了多年的研究。我不能自欺欺人,认为他对我们的问题缺乏了解。自从他在我们办公室工作六个月以来,我从来没有听说过他对自己不了解的事情信口开河地议论过。
我十分沮丧地回到写字台旁,希望能找到什么绝招来拯救我的“同类配对”观点。但是,多纳休说的那种新结构,对我这种观点显然是个致命的打击。把氢原子移到它们的酮式位置上,会使嘌呤和嘧啶的大小差别,比起它们以烯醇式存在时的差别变得更加重要。除非找到特殊的理由,否则就很难想象多核苷酸链会弯曲到足以适应不规则碱基顺序的程度。可是,当克里克进来时,就连这种可能性也不存在了。他很快发现,只有每个多核苷酸链的每68埃完全旋转一周,“同类配对”结构才能在X 射线图谱上出现34埃的重复。但这就意味着,相邻碱基之间的旋转角度只有18度。克里克相信,他最近对模型经过一番研究之后完全否定了这个数值。此外,这种结构并不能说明查戈夫规律(腺嘌呤与胸腺嘧啶等量,鸟嘌呤与胞嘧啶等量),这也使他很不满意。我对查戈夫规律却抱着一种不冷不热的态度。好在午饭时间到了,克里克谈笑风生的话题暂时打断了我的思路。我们转而谈起为什么大学生不能博得外国女孩子的欢心。
午饭后,我不想立即回去工作。我担心设法将酮式形状配置到某种新结构上去会使我走到死胡同里去。而且,可能会面临着这样的情况,即没有一个规则的氢键结构能与X 射线提供的证据相符合。我站在室外,眼睛盯着藏红花。我希望一种完美的碱基顺序能象这朵鲜花一样脱颖而出。因为要系统地检验可能的氢键所需要的嘌呤和嘧啶金属模型未能及时制成,把艰巨的模型制作工作推迟了至少几个小时。在回到楼上时,我觉得找这个借口也是心安理得的。至少要两天,这些东西才能送到我们手中。无事可做,真有点度日如年的感觉。于是,我就利用那天下午剩下的时间,用硬纸板剪成了精确的碱基模型。等到剪完时,我发觉时间已晚,只有留到明天再继续做了。晚饭后,我和住在“老妈”旅馆里的那一帮人看戏去了。
次日清晨我来到办公室,那里还是静悄悄的,空无一人。我急急忙忙地把写字台上的东西挪开,以便于进行用氢键维系的碱基配对试验。开始,我仍抱着“同类配对”的偏见不放,可是,我毕竟认识到,这种看法是不会有任何结果的。多纳休进来时,我还以为是克里克呢。我抬头看了看他,又继续摆弄起碱基模型来,我把碱基移来移去寻找各种配对的可能性。突然之间,我发现一个由两个氢键维系的腺嘌呤- 胸腺嘧啶对竟然和一个至少由两个氢键维系的鸟嘌呤- 胞嘧啶对有着相同的形状。看来,所有的氢键都是自然形成的,(两类碱基对,呈相同形状)并不需要人为的加工。我马上把多纳休叫来,询问他对于这些碱基对,这次是否仍有反对意见。
多纳休说没有反对意见。我于是精神大振。嘌呤的数目为什么会和嘧啶数目完全相同的谜,看来就要被我们解开了。如果一个嘌呤总是通过氢键同一个嘧啶相联,那么,两条不规则的碱基顺序就可能被规则地安置在螺旋的中心。而且,要形成氢键,这就意味着腺嘌呤总是和胸腺嘧啶配对,而鸟嘌呤只能和胞嘧啶配对。这样一来,查戈夫规律也就一下子成了DNA双螺旋结构的必然结果。更令人兴奋的是,这种双螺旋结构还是提出了一种DNA复制机制。它比我曾一度设想过的同类配对机制更加令人满意。腺嘌呤总是与胸腺嘧啶配对,鸟嘌呤总是与胞嘧啶配对。这说明两条相互缠绕的链上碱基顺序是彼此互补的。只要确定其中一条链的碱基顺序,另一条链的碱基顺序也就自然确定了。因此,一条链怎样作为模板合成另一条具有互补碱基顺序的链,也就不难设想了。
克里克来时,刚把一只脚跨进门里,我就迫不及待地告诉他,我们已经掌握了全部答案。起初,他还抱着一种审慎态度。可是,那相同形状的A—T和G—C碱基对,不出我的意料,还是深深地打动了他。他急切地把这这些碱基按其他一些方法配对。可是没有一种方法能够符合查戈夫规律。几分钟后,他发现每个碱基对的两个糖苷键(连接碱基和糖)是由与螺旋轴垂直的一根二重軸有规 则地连接着。这样,两个碱基对都可以转到相反方向,而它们的糖苷键却仍然保持着同样的方向。这就导致了一个非常重要的结果:一条特定的核苷酸链可以同时包含嘌呤和嘧啶。同时,这也有力地他说明两条链的骨架一定是方向相反的。
现在的问题是,究竟这种A一T和G一C碱基对是否能方便地装在我们前两个星期设计的骨架构型之中。由于我们在螺旋中心为碱基留下了一大块空间,乍一看,这似乎是大有希望的。然而我们俩都明白,我们一定要制作一个完整的、并圆满地符合立体化学原理的模型,才能算是大功告成。再说,这种结构的发现,具有如此重大意义,决不容许草率从事。因此当克里克飞快地跑进伊尔酒馆,用所有在场吃午饭的人都能听得见的声音宣布我们已发现了生命的奥秘时,我感到多少有点不大舒服。
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克里克很快就全力以赴地投入了DNA的研究工作。在发现A—T和G一C碱基对有相同形状的第二天下午,他又回头去测量他的博士论文中的某些数据,可惜收效甚微。他不时地从椅子上站起来,焦虑不安地盯着硬纸板模型,尝试着用其它一些方法搭配碱基对。后来,这短暂的疑虑过去了,他又满面春风,兴奋地对我谈起我们的工作是多么重要。尽管这种作法和剑桥常见的遇事稳重和留有余地的态度迥然不同,我还是很乐意听的。DNA结构搞清楚了,其结果又是如此激动人心。我们的名字将和双螺旋连在一起,就象鲍林的名字总和a螺旋连在一起一样。这一切几乎是那么令人难以置信。
伊尔饭店六点钟开门时,我和克里克一同去吃饭。我们顺便商量一下以后几天该干些什么。克里克觉得,能否制出一个完善的三维结构模型是一件刻不容缓的事。因为遗传学家和核酸生化学家不应该再白白浪费他们的时间和仪器设备。需要尽快地告诉他们问题的答案,从而使他们能够调整研究方向,转而配合我们的工作。我当然同样迫切地想造出这样一个完善的模型。但是,我却更加念念不忘鲍林,我担心在我们把结果告诉他之前,他说不定会碰巧发现碱基对的奥秘。
不过,那天晚上,我们始终不能稳定地建立起双螺旋模型。在拿到金属制成的碱基模型之前,制出的任何分子模型都很粗糙,没有很强的说服力。我回到“老妈”旅馆,对伊丽莎白和福卡德说,克里克和我可能已击败了鲍林,我们的发现将使生物学发生一场革命。他们俩人都感到由衷地高兴。伊丽莎白更为她的兄弟感到自豪。福卡德表示,他要向国际生化学会报告,他的一个朋友将获得诺贝尔奖金。彼得也是同样兴高采烈,虽然他父亲可能在科学上遭到重大挫败,他并未因此流露出任何不快。
第二大早晨醒来,我感到格外的精神焕发。在去惠姆吃早饭的路上,我慢步走向克莱尔桥(Clarc Bridge),抬头眺望国王学院哥特式礼拜堂在这明朗春天高耸人云的尖顶。在那儿,我稍事停留,观赏了最近整修一新的吉布斯大楼(GibbsBuilding)。这是一座具有乔治王朝特色的建筑。这时我想,我们今日的成功,在很大程度上应归功于我们曾在这里度过的那些平静岁月。我们曾长期来往于这里的几个学院之间,默默无闻地博览了海弗(Heffer)书店所有的各类新书。我怡然自得地看过《泰晤士报》,然后走到实验室。我看到克里克正在按他想象中的格式,用硬纸板拼着碱基对。不用说,他早就来到实验室了。仅仅用了一个圆规和一把直尺,他就看出,两类碱基对都能很好地安排在骨架结构之中。那天上午,佩而我这一番话未能奏效。奥迪尔一想到要和那些不修边幅的人们长期相处,就感到惴惴不安。况且,那时我身上穿着的一件刚让裁缝做的紧身运动衫和美国人的便装完全不同。她看到我这样的装束,就更加不相信我说的话了。
第二天早上,克里克又比我早到实验室。我进去时,他正把模型牢牢地固定在支架上。这样,他可以逐个得出原子间距。他在那儿把原子前后挪来挪去。我坐在写字台边,考虑着如果我要尽快宣布我们有了某种有趣的发现,我该用哪种格式来写这封信。我正在想人非非,竟没有注意到克里克要我帮他扶正模型,以防在调整时倒下。他略微流露出不满的神情。
这时我们才明白,以前我们对镁离子重要性是小题大做,大方向错了。看来,威尔金斯和罗西坚持研究DNA的钠盐似乎是正确的。但是,既然糖和磷酸骨架在外部,究竟是哪种盐其实是件无关紧要的事。两种盐都能被双螺旋结构所接受。
时近中午,布喇格第一次看到了我们的模型。他由于患流感而在家呆了几天。听到克里克和我提出了有独创性的、对生物学可能有重大意义的DNA结构的消息时,他正躺在床上。回到卡文迪什实验室后,他马上抽空溜达到我们这儿,想亲眼看一看DNA模型。他立即就明白了双链之间的互补关系,以及腺嘌呤与胸腺嘧啶,鸟嘌呤与胞嘧啶的等量关系是糖和磷酸骨架有规律反复出现的必然结果。可是,他不知道查戈夫定律。所以,我又向他介绍了一下DNA各种碱基含量相对比例的实验数据。我发觉,布喇格越来越为它在基因复制中的巨大意义感到兴奋。谈到有关X 射线的证据时,他明白了我们为什么还没打电话告诉金氏学院的研究小组。可是,我们还没有征求过托特的意见。对此,他感到困惑不解。我们对他说,有机化学方面的问题我们已经解决了。但是这仍不能使他完全放心。至于说我们使用的化学结构式不准确,应该承认这种可能性是很小的。但是看到克里克讲话那样匆忙迅速,布喇格很难相信他是否会有足够的耐心,从容掌握确切无误的事实。于是,我们就准备一旦把一些原子间距调整好,马上就请托特来。
原子间距的最后调整工作在第二天晚上完成了。由于缺乏准确的X 射线的资料,我们还不敢断定我们所选的构型是非常正确的。不过,这没什么关系。因为我们只想证实,从立体化学的角度来看,至少有一种特别的两条链互补的螺旋结构是可能的。必须申明这一点,否则,就会有反对意见。别人会说,从美学观点来看,我们的想法非常高雅,可是,糖和磷酸骨架的形状可能不允许这种结构存在。值得庆幸的是,现在我们终于知道,事实并非如此。我们一边吃饭,一边互相安慰说,这么绝妙的一种结构,简直非存在不可。
既然紧张阶段已经过去,我又和福卡德一起去打网球了。我告诉克里克,下午晚些时候我要写信给卢里亚和德尔布吕克,告诉他们关于双螺旋一事。我们还约定让肯德鲁打电话告诉威尔金斯。他应该来看看我和克里克刚刚发现了什么。而我和克里克都不愿承担这个打电话的任务。那天早些时候,邮局送来了威尔金斯给克里克的一封短信。信中说他打算全力以赴研究DNA,并打算把工作重点放在模型的制作上。
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威尔金斯一看到我们的模型就非常高兴。肯德鲁事先就告诉他说,这是个由A-T和G-C碱基对联成的双链模型。所以他一到我们的办公室,就开始研究它的详细特征。模型是双链而不是三链的。这并没有使他感到不安。因为他知道其依据还不过硬。威尔金斯一声不响地盯着这个金属模型。克里克却站在旁边喋喋不休地,很快地谈着这种模型应该产生哪种X 射线图象。当他察觉到威尔金斯的愿望是想看看这个双螺旋,而不是来听他讲演X 射线晶体学理论的,就突然沉默不语了。因为这种理论威尔金斯自己也懂。把鸟嘌呤及胸腺嘧啶看成酮式结构是没有疑问的。否则就会破坏碱基对。于是,他就采纳了多纳休所说的观点。好象这是很平常的事。
让多纳休和克里克、彼得以及我共同使用一个办公室,竟带来意想不到的好处。这一点我们彼此心照不宣。要不是多纳休和我们一起在剑桥的话,我很可能还在盯住“同类配对”的结构穷追不舍。由于威尔金斯的实验室里没直结构化学家,所以就不会有人告诉他教科书上那些图片都是错误的。如果不是多亏了多纳休,恐怕只有鲍林才有可能作出正确的选择,并且用正确的方法达到最终的目的。
下一步的科学方法,就是把根据这个模型预测出的衍射图谱与X 射线的实验数据作一番认真的比较。威尔金斯回到伦敦,声称他将很快地测量出这种关键的反射现象。他的谈吐中没有流露出痛苦,这使我感到十分欣慰。在他这次访问前,我一直在担心他会因为我们夺走了本应全部归于他以及他的年轻同事们的一部分荣誉而郁郁寡欢,情绪消沉。但是在他脸上我们找不到丝毫愠色。他的言谈举止虽然克制,但是对于这个将证明对生物学有巨大意义的螺旋结构依然感到万分激动。
他回到伦敦仅仅两天功夫,就打电话来说,罗西和他两人发现他们的X 射线数据为双螺旋结构提供了强有力的佐证。他们正抓紧时间把这些结果整理成文,并打算与我们宣布碱基对的文章同时发表。《自然》杂志是迅速发表科学创见的理想刊物。要是布喇格和兰道尔两人也热烈支持这些文章的话,那么编辑收到手稿后一个月内就可以发表了。但是,金氏学院研究小组要发表的文章并非只此一篇。除了威尔金斯和他的同事外,罗西和戈斯林也将单独报道他们的研究成果。
罗西爽快地接受了我们的结构模型,这使我起初惊讶不已。我曾担心她那敏锐而又固执的头脑会禁锢于她自己提出的反螺旋结构之中,因而节外生枝地提出种种与此无关的问题,以致造成对于双螺旋结构正确性的怀疑。然而,象其他人一样,她也领悟到了碱基对的妙处,并且承认这样绝妙的结构当然不会是错误的。况且,在她得知我们的结果之前,X 射线的证据也迫使她不得不朝着承认螺旋结构的方向迈进一步、她的X 射线数据要求骨架位于分子外部。而且,如果必须用氢键联结碱基对的话,那么她是没有理由对A--T和G--C碱基对的独特性提出异议的。
与此同时,我和克里克对于罗西的强烈反感也骤然消失。开始时我们十分犹豫,不知是否应该与她共同讨论双螺旋问题。我们怕她会象以前那样怒气冲冲。但是,克里克在伦敦同威尔金斯讨论X 射线图谱的细节时,就注意到了她的态度已经有所改变。他起初认为罗西并不想同他来往,因此主要是同威尔金斯交谈。但是后来,他觉察到罗西期望在X 射线晶体学方面得到他的指点,并准备消除那毫不掩饰的敌意而代之以平等的讨论。罗西十分高兴地给克里克看了她的数据,克里克也因此得以头一次认识到,罗西关于糖和磷酸骨架是在分子外部的论断是如此确凿可靠。在这个问题上,她过去发表的毫不妥协的言论,正反映了她的第一流科学水平,而决不是一个迷途的女权主义者的感情用事。她认为我们过去鼓吹建造分子模型,反映了一种严肃的科学方法,而不是懒汉为了逃避高尚的科学事业所需要的艰苦工作,而采取的一种偷懒办法。这一点,她表示欣赏,因此促使她改变了态度。后来我们了解到,罗西同威尔金斯和兰道尔之间的纠葛,是由于她想伺共事者保持平等关系而造成的。这一点是可以理解的。她到金氏学院实验室不久,就向传统的等级观念挑战,为未能施展她那晶体学方面的才能而大发雷霆。
那个星期,从帕萨迪纳来的两封信都谈到了鲍林的碱基对仍无眉目。第一封信是德尔布吕克写的,信中说鲍林刚刚开了个讨论会。他在会上对他的DNA结构作了一些修正。在他的同事柯瑞(XXXXXXrey)精确测量原子间距前, 鲍林寄到剑桥的手稿就已经发表了。这种做法很有些反常。直到完成这种精确测量后,他们才发现有几处原子间距是不对的,而且决非通过轻微的修改所能弥补的。因此,鲍林的结构模型仅从简单的立体化学角度看也是不现实的。然而,他还想借他的同事肖梅克(Verner Schomaker)的修改意见挽回败局。如此修改的结构,磷原子则旋转了45度。这样,就可以使氧原子形成氢键。在鲍林讲演后,德尔布吕克告诉肖梅克,他不相信鲍林是正确的。因为他刚刚接到我的信,知道我对DNA结构已有了新见解。
德尔布吕克的这个评论立即传到了鲍林耳中。他很快给我来了封信。信的开头暴露了他的紧张不安,措辞也很含糊,只是邀请我去参加一个蛋白质会议。他决定在这个会议上增加核酸的内容。接着他就把话讲明白了,要我把给德尔布吕克的信里谈到的那个漂亮的DNA新结构的详细内容告诉他。读到这里,我不由得深深吸了一口气。因为我意识到在鲍林发表讲演时,幸亏德尔布吕克还不知道关于互补双螺旋的事。他谈的还是“同类配对”观点。好在我的信寄到加州理工学院时,碱基对已有了结果。不然的恬,我就会处于一种可怕的境地,也就是说,我就不得不通知德尔布吕克和鲍林说我写那封信完全是一时冲动,信中说的那个看法其实刚刚诞生十二个小时,后来仅仅活了二十四小时就死了。
就在那个星期的晚些时候,托特同几个年轻同事一起从化学实验室来此作了一次正式访问。在前一星期,克里克几乎每天都要向别人把这一结构模型及其意义详详细细说上几次。这些天来,他的热情依然有增无减。每当我或多纳休听到克里克一面说着一面把一张张陌生的面孔领进办公室时,我们总是要退避到外面去,直到那些被说服了的客人一个个离去,办公室恢复平静之后,我们才又回来。但是对托特可不能采取这种态度,因为我想让他告诉布喇格,我们是完全按照他的指点的关于糖和磷酸骨架的化学常识行事的。托特对酮式构型也表示赞同,说他的有机化学家朋友画的那些烯醇基团结构纯粹是武断从事。他对克里克和我在化学方面做出了出色的成就表示祝贺,然后就走了。
不久,我便离开剑桥前往巴黎,准备在那里呆上一个星期。我与鲍里斯.伊弗留西及哈瑞特·伊弗留西(HarrietEphrussi)的巴黎之行是几周以前安排好的。既然我们的工作看上去已经大体完成,我没有理由推迟这次访问。这次访问使我有机会第一个把双螺旋告诉伊弗留西和勒夫实验室的工作人员。对这次访问克里克却很不高兴。他说把如此重大意义的工作中断达一星期之久实在太长了。然而,我对于任何劝我严肃认真的忠告,是一向听不进去的。尤其是肯德鲁刚给克里克和我看了一封查戈夫给他的来信。信里提到了我们,并附带想打听一下我们这些科学界的丑角的工作现在搞到了什么程度。
29
鲍林是从德尔布吕克那里第一次听到双螺旋的。在那封有关互补链的信末尾,我曾要求德尔布吕克不要把这个消息告诉鲍林。我还多少有点担心,怕忙乱中会出差错。我们想能有几天时间消化我们的理论,暂时还不希望鲍林考虑碱基对的氢键问题。可是,我的请求没有得到重视。德尔布吕克要告诉他的生物学实验室的每个人。他知道数小时内,消息就会从他的实验室传到鲍林的办公室。再说,鲍林也曾要求德尔布吕克一有消息就告诉他。更主要的是,德尔布吕克对在科学研究中实行保密的作法是深恶痛绝的。他不想让鲍林为此事再牵肠挂肚。
鲍林和德尔布吕克一样,得到消息后由衷地感到高兴。如果换在平常,鲍林肯定会为自己观点的优越性极力辩解。可是这一次他不得不由于自体互补DNA分子的重要生物学意义而最终退出这次角逐。不过,在认输之前,他很想看看金氏学院研究小组得到的证据。他希望在三个星期后,也就是四月份的第二周,去布鲁塞尔参加一个关于蛋白质的索尔维(solvay)会议时,能看到这方面的材料。
3月18日,我刚从巴黎回来就从德尔布吕克的信中得知,鲍林已了解了我们研究DNA的情况。因为碱基对的证据越来越充分,我们也就不在乎了。一个关键性的消息是在巴斯德研究所偶尔得到的。在那儿我碰到一位加拿大生物化学家怀特(Gerry Wyatt)。他知道许多有关DNA的碱基比率,并且刚刚分析过T2、T4和T6噬菌体的DNA。在过去两年中,人们传说这种DNA缺少胞嘧啶。这种现象很奇怪。很明显,从我们的模型看这是不可能的。可是怀特声称,他和科恩(seymour Cohen)以及赫尔希证明这些噬菌体内含有一种弱型胞嘧啶,也就是5-羟甲基胞嘧啶。最重要的是它的数量与鸟嘌呤相等。既然5-羟甲基胞嘧啶与胞嘧啶一样,可以形成氢键,这就为双螺旋结构又提供了一个绝妙的证据。还有一件事情也很叫人高兴,那就是这些数据非常精确,这比以前进行的分析工作更进一步地证实了腺嘌呤、胸腺嘧啶以及鸟嘌呤都与胞嘧啶等量。
我不在的时候,克里克就着手进行A型DNA分子结构的研究。威尔金斯实验室以前的工作表明,结晶的A型DNA纤维在吸收了水分后能够变长,并转变为B型。克里克推测,把碱基对倾斜可以得到一个更为紧凑的A型DNA结构,可以沿纤维轴使碱基对的距离缩短到2.6埃。他于是着手建造一个碱基对倾斜的模型。尽管这比建造一个更为松散的B型结构要困难些, 但是等我回来时,一个满意的A型模型已经搞出来了。
下一个星期,我们为《自然》杂志写的论文第一稿已经分发出去,其中两份手稿送到了伦敦,请威尔金斯和罗西指教。他们除了要我们提一下在我们之前,他们实验室里的弗雷泽就已考虑过氢键联结碱基的问题以外,没有表示实质性的反对意见。可是,对于弗雷泽研究工作的细节,我们以前一直一无所知。他一直在研究由氢键在正中联结的三个碱基。当时我们知道其中许多互变异构体都是错误的。因而,他的见解看来并不值得重提,即使重提,结果也只能迅速重新埋葬。可是,威尔金斯知道我们持不同意见时,好象有点不太高兴。于是,我们在文章中又写进几句必要的补充说明。罗西和威尔金斯两人各自的论文基本上包括了相同的内容,并都用碱基对阐述他们的研究结果。克里克曾想扩大篇幅详细论述DNA结构的生物学意义。然而,他后来终于意识到还是简单提一下为好,因此写下了这样一句话:“我们当然注意到了我们提出的专一碱基对直接揭示了遗传物质的一种可能的复制机理”。
给布喇格爵土看的是那篇论文的最后定稿。他建议在文体上略加修改,然后就很热情地表示愿意写一封推荐信,连同这篇文章一起寄给《自然》杂志。DNA结构问题得到解决使布喇格感到由衷的高兴。一个明显的原因就是这顶成果是在卡文迪什实验室完成的,而不是在帕萨迪纳实验室。更为重要的是,这项成果是如此出乎意料的漂亮,同时,他四十年前创立的X射线方法在探索生命本质的工作中发挥了重要的作用。
在三月底最后的一个周末,文章已最后定稿并准备打印了。可是卡文迪什实验室的打字员不在,这项简单的工作就交给了我的姐姐。说服她这样度过一个周末的下午是不成问题的。因为我们对她说,她所参加的这项工作称得上自达尔文的“进化论”发表以来,在生物学领域内最轰动的事件。在她打字时,克里克和我就站在她旁边。这篇九百字的文章是这样开头的:“我们拟提出脱氧核糖核酸(DNA)盐的一种结构。这种结构的崭新特点具有重要的生物学意义”。星期二我们把这篇稿子送到布喇格的办公室,4月2日星期三,就送到了《自然》杂志编辑手中。
星期五晚上鲍林抵达剑桥。他在赴布鲁塞尔参加索尔维会议途中,在剑桥作短暂停留。一方面看望彼得,另一方面可以看看模型。彼得竟不加思索地将他安排在“老妈”旅馆。我们很快就发现,他其实更喜欢另找一家旅馆。与外国女孩子共进早餐并不能弥补他房间里没有热水的不足。星期六清晨,彼得把他父亲领到了办公室。鲍林先和多纳休聊了一些加州理工学院的新闻。接着他就参观了模型。尽管他仍然想了解金氏学院实验室的定量测定结果,但是,我们只给他看了罗西的B型结构原始照片的复本,以此为我们的论点提供证据。王牌都在我们手里。这样,他温文尔雅地表示,我们确实解决了DNA的结构问题。
这时布喇格来找鲍林,要鲍林和彼得一起到他家吃午饭。那天晚上,鲍林父子以及我和我姐姐一起参加了克里克夫妇在“葡萄牙地”为我们举行的一次家宴。大概是因为鲍林的出席,克里克多少有点沉默,尽量让鲍林对我姐姐和奥迪尔大献殷勤。虽然我们喝了不少葡萄酒,可是话不投机。我感到鲍林情愿同我这个乳臭未干的后生谈话,而不愿同克里克多啰嗦。谈话没有持续多久,因为鲍林还未习惯加利福尼亚与剑桥的时差,觉得有些疲惫不堪。这样,晚宴在午夜时分就结束了。
第二天下午,我姐姐和我飞往巴黎,又过一天,彼得也来和我们会合。十天以后,我姐姐将乘船到美国,然后再去日本,同她在大学结识的一个美国人结婚。这是我们呆在一起的最后几天了。至少今后再也不能如此无忧无虑了。这种无忧无虑是摆脱了很容易叫人又爱又讨厌的中西部地区和美国文化传统羁绊的象征。星期一清晨,我们去佛宝瑞·圣·荷璃(Faubourg St.Honore)最后一次领略它的迷人风光。在那儿,我突然发现了一家出售各种时髦阳伞的商店。我想应该买一把送给我姐姐,作为给她的结婚礼品。于是我就买了一把。后来,我姐姐找了一位朋友去喝茶,而我则穿过塞纳河回到卢森堡宫附近我们住的旅馆去了。那天正是我的生日,晚上彼得要来向我表示祝贺。可是,现在我却是孤零零的一个人,望着那些在圣·吉门(St.Germain des Pres)附近的长发姑娘。我知道她们对我不会感兴趣的。找已经二十五岁,早过了风流年华。
尾声本书所提及的人物现在几乎都还健在,并仍在积极从事研究工作。卡尔喀已来美国任哈佛医学院的生物化学教授。肯德鲁和佩鲁兹仍留在剑桥,继续从事蛋白质X射线的研究。他们因这方面的成就获得了1962年度的诺贝尔化学奖金。布喇格爵士在1954年移居伦敦,任皇家学院院长。他对蛋白质结构仍然怀有浓厚的兴趣。赫克斯利在伦敦呆了几年,就回剑桥继续从事肌肉收缩机理的研究。克里克在布鲁克林呆了一年后又回到剑桥,探索有关遗传密码的性质和作用。在过去的十年里,他已被世界公认为这一领域首屈一指的人物。威尔金斯这几年仍把精力集中在DNA工作上。他和他的同事们证实了双螺旋结构的基本特征无疑是正确的。后来,他对核搪核酸的结构又作出了重大贡献。接着他就转向神经系统的组织和作用的研究。彼得现住在伦敦,在伦敦大学院教授化学。他那位在加州理工学院执教的父亲最近已经退休。现在他的科学工作集中于原子核结构和理论结构化学的研究上。我的姐姐伊丽莎白在东方居住了多年,现在同她的那位出版商丈夫以及三个孩子住在华盛顿。
本书所述事实与细节,凡与他们记忆不符之处,只要他们愿意,鄙人欢迎指正。不过遗憾的是,罗莎琳德·富兰克林已于1958年中年夭折,时年37岁。鉴于我曾对她的学术和个人品德方面有过错误的评价(如本书的前半部记述的那样)。所以现在有必要阐述一下她所取得的成就。她在金氏学院实验室所从事的X射线的研究工作越来越被认为是杰出的。区别DNA的A型和B型结构,这项工作本身就足以使她赢得声誉。更为出色的是,她在1952年就曾运用帕特森重叠法证明磷酸基团必定是在DNA分子的外部。其后,她转到贝纳尔实验室,着手于烟草花叶病毒的研究。她的工作使我们关于TMV螺旋结构的定性概念很快发展成一幅精确的定量图谱,从而确定了基本的螺旋参数,证实了核糖核酸链处于从中心轴到外周的中间位置上。
因为我后来在美国任教,所以不象克里克那样能经常见到她。她常向克里克请教,每当她干出什么漂亮的工作时,她也来征求克里克的意见,直到克里克赞同她的推理后方才放心,我们之间过去不愉快的争执,那时已经忘得一干二净。我与克里克都极为赞赏她那正直的品格和宽宏大量的秉性。只是在多年之后,我们才逐渐理解了这位才华横溢的妇女。她为了取得科学界的承认进行了长期的奋斗,而这个世界往往把妇女仅仅看作是研究工作之余的一种消遣玩物。在她意识到自己的生命垂危时,她没有叹息和抱怨。直到去世前的几个星期,她还在不遗余力地从事着高水平的工作。富兰克林这种勇敢的精神和高贵的品质是值得我们学习的。
沃森和克里克
1953年4月25日
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