教科書之外

向左轉,向右轉,有關係嗎?

科學家花了20多年才確定DNA雙螺旋是右旋的。為什麼很多人都搞不懂左旋和右旋,也不在乎?

撰文/陳文盛 、插畫/陳文盛

教科書之外

向左轉,向右轉,有關係嗎?

科學家花了20多年才確定DNA雙螺旋是右旋的。為什麼很多人都搞不懂左旋和右旋,也不在乎?

撰文/陳文盛 、插畫/陳文盛


10幾年前,我在《科學月刊》投書,指出一幅插圖中的物件左右旋畫錯了。後來該文章的作者刊登回應說:「這是觀點的問題,從這一端看是左旋,從另一端看就是右旋了。」


我看了這回覆就愣住了,拿給學生們看,他們也傻眼。我知道很多人無法分辨左右旋,但是一位科學作家竟然有如此誤謬的觀念。我們都說DNA雙螺旋是右旋;難道我們從另一端看它就變成左旋嗎?本期這幅漫畫中的左旋DNA,把它倒過來看,有變成右旋嗎?


事實上DNA雙螺旋是右旋或左旋,還是經歷了20多年的考驗才拍板定案。1953年華生和克里克構築雙螺旋模型,依據的只是佛蘭克林(Rosalind Franklin)拍攝的X射線繞射圖。那個時代的DNA樣品都來自生物個體,含有無數不同的序列,所以得到的繞射數據都是平均值,只能夠看出一些螺旋的基本特徵,看不出螺旋是幾股多核苷酸在纏繞,也看不出螺旋是左旋或右旋。華生和克里克在第一篇論文中宣稱它是右旋,但是沒有解釋為什麼是右旋。隔年,他們在一篇比較詳細的論文中說:「左旋的螺旋可以建構,但是會違反凡得瓦力所容許的接觸。」也就是說左旋的雙螺旋一樣可以建構起來,只是從他們用鐵絲和鐵片構築的模型看來,鹼基間有擁擠之處。這個根據很薄弱。1975年,我曾經用球棒分子模型建構DNA模型,也發現雙螺旋扭成左旋或右旋都差不多一樣容易,沒有明顯差異。


克里克不只一次表示,雙螺旋是左旋或右旋仍未定論。1979年他還和同僚發表一篇論文〈DNA真的是雙螺旋嗎?〉,文中他們說:「原本的雙螺旋模型是右旋。這個特徵的實驗證據只是建議性,並不完全令人信服。」


1970年代後期,人工自動合成多核苷酸的技術成熟。開始有人合成特定序列的DNA,讓它結晶,然後用X射線繞射圖譜技術定出結晶結構。這樣的技術容許科學家定出DNA分子中的原子位置。1980年美國加州理工學院的狄克森(Richard Dickerson)實驗室發表一段12個鹼基對的DNA晶體高解析度結構,這雙螺旋是右旋。後來洛克斐勒大學的徐明達實驗室也用電子顯微鏡技術再確認DNA雙螺旋的右旋。


華生和克里克提出雙螺旋是右旋的,可以說是幸運的猜測。我們現在知道DNA分子和其他分子一樣,在水溶液(包括在細胞中)都處於動態的狀況;雖然某些特殊序列在某種情況下會形成左旋雙螺旋,基本上右旋還是最常見的穩定狀態。


現在的學生們考試都會回答說DNA是右旋的雙螺旋,但是他們很多不會分辨左旋和右旋。平常在媒體中出現的雙螺旋,將近有一半畫錯了,包括以DNA為主角的書(例如華生自傳《雙螺旋》)或期刊(例如《自然》)的封面,甚至華生寫的教科書裡頭。我還曾經看見兩間科學博物館展示左旋的DNA模型。


學校都教過,為什麼很多人還不會分辨左右旋呢?我想應該是因為我們生活中很少需要這個本事。我們接觸最多的螺旋是螺絲。螺絲通常是右旋的,左旋的螺絲只出現在一般人不會使用的特殊機械上。假如左旋和右旋的螺絲我們平常都要用,相信大家就會分辨了。


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