20世纪最伟大的生物学家——弗朗西斯·克里克

顾凡及

复旦大学生命科学学院，上海 200433

20世纪最伟大的生物学家
——弗朗西斯·克里克

顾凡及†

复旦大学生命科学学院，上海 200433

介绍了被称为“20世纪最伟大的生物学家”的英国科学家克里克的生平、对生命科学的贡献和治学之道。

克里克；DNA；双螺旋结构；分子生物学；意识；意识的神经相关机制

编者按在英国著名生物学家弗朗西斯·克里克诞辰100周年之际，本刊特刊载此文，以表纪念。

克里克和沃森的英名将如爱因斯坦和普朗克一样与世长存。

——波吉奥[1]

现在已经很少人被人称为“天才”了，但是没有什么人会否认克里克是个天才。绝大多数科学史家都会同意他是20世纪最伟大的生物学家。

——拉马钱德兰[2]

旅居美国的英国分子生物学家和神经科学家克里克(Francis Harry Compton Crick，见图1)被2000年诺贝尔奖得主坎德尔誉为20世纪最伟大的生物学家，是可以与伽利略、牛顿、达尔文和爱因斯坦比肩的科学巨匠。这是因为在三大科学之谜——宇宙产生之谜、生命之谜和意识之谜中，他在两大科学之谜的探索中做出了重大贡献。1953年他与美国分子生物学家沃森(James Watson)和英国生物学家威尔金斯(Maurice Wilkins)共同发现了脱氧核糖核酸(DNA)分子的双螺旋结构，并于1966年破译了遗传密码，从而揭开了生命与非生命的本质区别，他和沃森分享了1962年的诺贝尔生理学或医学奖；当他功成名就以后，他又在20世纪70年代毅然离开了他开辟成熟、如日中天的分子生物学的坦途，吹响了用自然科学手段研究意识的号角，披荆斩棘踏上了一条被当时绝大多数科学家视为畏途的意识研究的吉凶未卜之路，这需要何等的勇气和胆略！到了今天，虽然意识之谜依然未被揭开，但是已被科学界普遍认为是21世纪科学的中心议题之一。坎德尔指出：“心智的生物学研究在21世纪所处的地位，就相当于基因研究在20世纪中所处的地位，这已成为当前科学界的共识。”正是克里克在20世纪中叶解决了基因的物质基础，并使遗传学成为20世纪下半个世纪生物科学的领跑者，而又是他在20世纪下半叶开启了科学研究心智之路，使之成为新世纪生物科学研究的中心议题。

图1 弗朗西斯·克里克(1916—2004)

大器晚成

1916年6月8日，克里克出生于英国中部的一个中产阶级家庭。他是一个勤于思考的孩子，但是还没有到“神童”的境界。父母给他买的一套儿童百科全书是他所受到的科学启蒙教育，他对此爱不释手，并决心长大后要当一名科学家。对科学的爱好使他在12岁左右就不愿意再和家人一起到教堂做礼拜了，因为当他学到了地球年龄和化石知识以后，他就再也不能相信《圣经》里所讲的创世记了，而如果《圣经》中有一部分是明显荒谬的话，他觉得其他部分也就不可信了。这使他成为一位无神论者。他的这一立场非常坚定，以至于拉马钱德兰在设想发明一种测量宗教信仰虔诚度的仪器时，曾开玩笑说要把克里克作为零点来定标[3]。尽管他一直是一位好学生，但是也没有什么特别惊人之举。接着是第二次世界大战，打断了他的高压下水黏度的研究工作，德军的轰炸把他的整个设备化为灰烬。他转而去从事磁性和声学水雷的设计工作。战争结束后，他有点迷茫，不想再搞武器设计，而研究水黏度对他来说，既没有吸引力也不再有设备。他的兴趣是做基础研究，但是问题是研究什么。由于在此之前，他并没有什么专长，这反而成了一个有利条件，使得他可以转向任何自己真正感兴趣的方向。他回忆自己最喜欢和人谈论的论题，一个是生命和非生命的差别，再有一个就是脑功能的机制。这必定就是自己的兴趣所在，他把这称之为判断一个人爱好的“闲聊测试”。然后就该两者择一。根据当时的条件，他觉得自己从事前一项研究更容易入手，于是义无反顾地投身到这一研究中去。

一鸣惊人

1949年已过而立之年的他到英国物理学的圣地卡文迪许物理学实验室成为一名研究生，学习通过X射线晶体衍射研究蛋白质的三维结构。由于他以前一直是学物理学的，对生物学所知甚少，因此他不得不花很多时间去学习生物学知识，而更重要的是学会理解生物学家的思想习惯和思考方式。克里克后来回忆说，这种转变“几乎就好像是要求人必得重生一次”。这对任何一个想从事和生物学有关的交叉领域研究的人都是必要的。但是他的物理背景教会了他有信心攻坚克难，物理学已经树立起了取得巨大进步的榜样，这使得他比当时典型的生物学家更有勇气面对挑战。他的物理背景也让他得以把想象力和逻辑结合起来，很快地成了解读衍射模式的专家。

20世纪40年代末，生物学中的一个尚未解决的中心课题是遗传信息如何代代相传。当时几乎没有人相信这个问题能够在分子层次上得到解决。绝大多数人相信遗传物质是蛋白质，只有个别人提出遗传物质是由DNA构成的。

1953年，一位25岁的美国博士后沃森到卡文迪许实验室来合作研究肌红蛋白的晶体结构，而长他12岁的克里克则正在做有关蛋白质和多肽X射线晶体衍射的博士论文。 两人气味相投、一见如故，都热衷于揭开遗传的分子机制之谜。这本来不是他们的正业，但是在两年时间里，无论是在实验室里，还是午饭后的散步时，或是夏日泛舟河上，他们不断地讨论这一话题，这甚至使他们研究组的组长把新分配到的一间办公室给了他们，以免他们滔滔不绝的讨论影响他人的工作。

关键的一步是克里克根据美国科学家富兰克林(Rosalind Franklin)实验取得的DNA衍射模式猜想DNA的空间结构，并借用了美国化学家泡林(Linus Pauling)用模型解决α螺旋的思想；而沃森则偶然想到两对碱基特异性配对的性质，不过当他想到这一点后，他立刻意识到这是一个重要的思想，所以这里面虽然有运气的成分，但是运气只垂青有准备的头脑。正是在这基础上他们提出了DNA分子的双螺旋结构模型，而克里克意识到其可能的遗传学意义，将他们的结果在权威的《自然》杂志上发表了。这在开始时并不为许多人所理解。1958年当他申请剑桥大学遗传学教授职位时竟然遭到拒绝，理由是他不是一位“恰当的遗传学家”，而正是他的发现把遗传学变成了一门真正的科学！关于DNA分子双螺旋结构和遗传密码的研究故事已经说得很多了，特别是在克里克的自传《狂热的追求》[4]和他的合作者沃森的名著《双螺旋》[5]两书中都有了详细而权威的叙述。如果要详细解释这个问题，那么本文的整个篇幅都还不够，因此在本文中索性一笔带过，而把重点放到他对科学的“狂热的追求”和治学之道，尽管发现DNA分子的双螺旋结构、揭开遗传密码和奠定分子生物学的基础是他一生中最伟大的贡献(图2和图3)。

再攀险峰

就在他和沃森一起提出DNA的双螺旋结构，破解遗传密码，奠定分子生物学的基础之后，1966年他就意识到分子生物学的轮廓已被清晰地勾画了出来，进一步研究已经有了可靠的基础，而以后的工作主要是填补许多细节。所以到1976年他觉得是转向下一个自然之谜——意识研究的时候了，这时他已年逾花甲，因此他对自己说：“要么现在就干，要么就永远也干不成了。”[4]在功成名就又年逾花甲之际，放弃自己已经驾轻就熟，成为领袖群雄，红遍世界的领域，而另走当时还被自然科学家视为禁区的意识研究这样一条荆棘丛生、前途未卜的未知之路，这需要何等的勇气和胆略！沃森不愧为他的至交，一语道出了这位大师的崇高思想境界：“弗朗西斯(克里克的名字)……从来也不追名逐利，他唯一有兴趣的就是去解决问题。”所以后来他婉拒英国女王授予他的爵位也就不足为奇了。

图2 就在克里克和沃森的文章在《自然》杂志上发表之前，克里克写信给他当时12岁的儿子，告诉他：“吉姆·沃森和我很可能做出了一项最重要的发现。” 现在这封信的拍卖价在100～200万美元

图3 剑桥大学圣卡尤斯学院餐厅的一扇窗上的彩色玻璃，表示DNA的双螺旋结构，和对克里克迟到的追认和纪念

克里克晚年在意识研究上的长期合作者科赫(Christof Koch，图4)回忆说，就在20世纪80年代末，当他们开始研究意识问题的时候，绝大多数科学家会说：“至于说到意识，我们还是把它留给宗教界人士吧，或者留给哲学家或是新世界教派的邪教，科学家对此无能为力。”[6]克里克和科赫觉得这样的看法是愚蠢的，因为我们明明知道自己是有意识的，如果不去研究，那实际上就是永远忽视了自然界中的一个最重要的问题。他们确信意识也是一种自然现象，因此可以用自然科学的方法去进行研究。

当他们开始着手研究的时候，他们发现没有一个人能给意识下一个大家公认的定义。既然现在对意识连公认的定义都没有，那么这还能成为科学研究的主题吗？克里克认为“在前DNA时代，生物学家从来也不坐在一起说：‘在我们研究生命以前，先让我们清楚地给生命一个定义。’我们只是一往无前去寻求生命究竟是什么。毫无疑问，对我们所讲的东西有一个粗略的概念总是好的，不过关于术语、定义之类的问题最好还是留给那些专门搞这种事的哲学家去干。事实上，清楚的定义常常来自经验研究。我们现在不再去争辩病毒究竟是不是活的这样一类问题。”[7]他指出，不要说像意识和生命这样的难题，即使对于电现象，远在发现电子之前，人们也没有停止过对电的研究，而且得出了像库仑定律、欧姆定律等这样的基本规律。因此，克里克觉得字面之争纯属浪费时间。暂时我们可以满足于对意识的一个大致的概念：这就是那个当你无梦熟睡……深度麻醉或是昏迷时离你而去，而当你清醒过来时又随之而来的东西。虽然这并不是一个严格的定义，但是至少绝大多数人都会认可这确实是你理解的“意识”的意思，无妨就暂时用它作为研究意识的出发点。

尽管克里克在开始意识研究之前，对脑早已有所了解，也有许多神经生理学家朋友，但是当时他毕竟还不是一位神经科学家，在正式开始要研究意识问题时，他就发现自己对脑了解太少。根据他通过研究DNA的双螺旋结构发现遗传密码的经验，他深刻领会到生物学中的一条普遍规律，那就是如果你想要理解某个生物系统的功能，那么你首先要了解它的结构。因此他的第一件事就是自学神经解剖学的知识。接着就是广泛阅读实验文献和综述，以全面掌握现况。另外他根据自己的具体情况对自己的工作做了一个明智的定位：“至少在开始时不直接亲自做实验，除了技术上的困难之外，我想我可以在理论方面起更大的作用。……我希望能在从不同的角度研究脑的学科之间架起桥梁。”当然他在这里说的只是由于他的年龄、背景和经历使他决定“不直接亲自做实验”，但是这一点也不意味着他不重视实验，或者可以抛开实验事实去苦思冥想；相反，他和神经科学家维持着密切的联系，并且“广泛阅读实验文献和综述”，他的意识理论既来源于实验事实，又要受实验事实的检验。接下来的问题就是选择突破口的问题了，也就是从什么样的具体课题入手。

图4 克里克和科赫，两人年龄相差了40岁，合作了近20年

克里克认为自我意识是意识的一种高级形式。除了极少数例外，动物并没有自我意识，更难于研究，所以他认为要研究自我这样的问题，现在还没有到时候。即使不牵涉到自我，要想解释主观体验是怎样由神经回路产生的也非常困难，查尔姆斯(Chalmers)把这称为意识研究中的困难问题。克里克说道：“还没有人能对我们是如何通过脑的活动而体验到红色的‘红’这样一种主观体验以可信的解释。”他和他的忘年交科赫认为，“打仗要选择好最容易取得战果的突破口，这个突破口就是揭示视知觉的神经相关机制”1. 旧称“神经相关物”，然而根据他们的定义，这一术语指的是“足以产生某个特定知觉或体验所需要的神经机制或事件的最小集合”，并不只是指某些脑区，故改今名。。这是因为不仅是人，许多动物都有感知觉，因此研究意识也许应该从感知觉是由脑的哪些部位的哪种神经活动引起的这样一个问题开始着手。他们把这些最小限度的神经元集群活动称为该知觉的神经相关机制。所以他们提出意识研究的第一步应该集中在对视知觉的神经相关机制的研究上。

正是这样，他们经过近20年的研究，提出了一个意识研究的理论框架。这个框架的一个中心思想是有关相互竞争的集群的想法。脑后部的集群和脑前部的集群之间有广泛的相互作用；并不是所有的皮层活动都是有意识的；注意对新产生的集群进行选择，优胜集群的活动就表现为意识的内容。他们的这一理论已经总结在他过世后科赫发表的专著《意识探秘》[6]一书中了。虽然意识之谜一直到今天还没有揭开，但是正是他开辟了意识的自然科学研究之路。当他开始的时候，任何有关意识的研究根本就不可能得到基金资助，而今天有关意识的学术会议的参加者已经逾千，而且科学家的主流都认为对心智(包括意识)的研究将成为21世纪的科学前沿。

春蚕吐丝

2004年7月，88岁高龄的克里克得了结肠癌，并已到了晚期，化疗已经不起作用，非常疼痛。医生告诉他过不了9月了，他却依然对科学充满了热情，而对无能为力之事保持冷静。就在他逝世的一个星期前，美国科学家史蒂文斯(Charles F. Stevens)和谢诺夫斯基(Terrence J. Sejnowski)为了建立一所新的克里克-亚科布斯(Jacobs)计算与理论生物学中心的事去拜访他，看到他依然在伏案工作，周围放满了论文，一如以往，只是有一根手杖斜靠在他的椅子旁，他的脚踝红肿。他们谈了大概有一个小时，其中绝大多数时间都在谈论他对屏状核的想法，而且他正在写一篇有关这个问题的综述。由于这个核团和许多皮层区都有双向联结，因此他猜想这一核团可能对意识起重要的作用。他说希望自己的文章能激发人们对这个以前一直受人忽视的组织的研究。

直到临终以前的几个小时，他还在写论文。对来访的朋友，他从来不谈自己的疾病，谈的依然是意识研究中的种种问题。他以一种极度理性的态度对待他的疾病，别人看不出他对此有何不安，他也从来不因此让他的朋友感到不安。他的好友拉马钱德兰回忆道：

在他去世前三星期，我到他拉霍亚(La Jolla)的家中去探望他。……在我在那儿的两个多小时里，我们一点都没有提到他的病，只是讨论有关意识的神经基础的种种想法。……当我离开时，他说：“拉玛，我认为意识的秘密就在于屏状核，你说呢？要不的话，它为什么要和大脑中那么多的区域有联系？”然后他意味深长地朝我眨了眨眼。这是我最后一次见到他。[2]

2004年7月28日，一代巨星陨落。就这样，这位近世最伟大的生物学研究大师带着他对解开意识之谜的执着追求走完了他的人生道路。在他之后，越来越多的科学家投身追求意识之谜。令人告慰的是，在克里克逝世差不多10年之后，他梦魂萦绕的屏状核之谜有了好消息。2014年6月美国科学家可贝斯(Mohamad Koubeissi)报道说，他让一位癫痫病人不断复读“房子”这个词，并且不断地用手打榧子，如果在此时用高频电脉冲刺激病人的屏状核，病人说话越来越轻，动作越来越慢，最后逐渐丧失意识，而一旦停止刺激，病人马上恢复了意识，这提示屏状核可能在触发产生意识体验中起到关键作用，就如同一个意识开关。科赫感叹说：“弗朗西斯要是知道了这个消息，准会高兴得就像喝了潘趣酒一样。”

万世师表

克里克不仅以他的科学业绩永垂青史，而且以他对科学的热爱和严谨的治学之道为后人留下了永远的榜样。科赫后来回忆说：

“因为他太有名了，许多人都不敢对他的想法进行批评，而他要的就是对他想法的批评。他的想法多得惊人。有些非常聪明，有些非常有洞察力，但是也有些并非如此，还有一些简直是发了疯。但是你要知道，你碰到的是这样一位奇才，这样一位富于创新的天才，他的思想喷涌而出，他需要有人和他共鸣，并告诉他这个想法不行，那个想法太棒了，而那个想法又太愚蠢了……这就是他的工作方式，你早上十点去，一直讨论到傍晚六点，他会把所有的证据从头到底梳理一遍，他会对数据进行筛选，对此进行讨论，从不同的角度进行考察，否定某个想法，提出新的假说，再次予以否定，然后吃晚饭，通常饭后这个过程还要继续下去。直到他去世的那天为止，他数十年如一日始终如此地工作和生活。

“……作为一名理论家，弗朗西斯的研究方法是静静地思索，每天广泛地阅读有关文献，并进行苏格拉底式的对话。他对于细节、数字和事实如饥似渴。他会不断把各种假设结合在一起以解释某种现象，然后他自己又推翻了其中的绝大多数。清晨，他总是会向我提出一大串新奇的假设，这些都是他在半夜醒来时想出来的。我睡得要深沉得多，因此不大有这种午夜灵感。

…… ……

“弗朗西斯是一位智力上的巨人，是我遇到过的思想最清楚也最深刻的人。他得到的是旁人能得到的信息，他读的文章也和旁人无异，但是他会由此提出全新的问题和推论。我们共同的朋友、神经病学家和作家萨克斯(Oliver Sacks)回忆起和他见面的那种感觉，“有点像是坐在智力的反应堆旁边——一种从未经历过的炽热的感觉。

…… ……

“同样值得一提的是，和弗朗西斯极易相处。他一点也没有名人的作派。他和沃森一样，我从来也没有看到过他故作谦虚，也没有看到过他傲慢自大。不管是低年级大学生，还是诺贝尔奖得主，只要和他说话的人讲的是某些有意思的事实或观察、大胆的提议、或是他以前从未想到过的问题，那么他都乐于和他们交谈。但是如果对话者满嘴胡言，或者根本不明白他们的推理为什么不对，那么他也会很快失去耐心。不过他是我遇到过的头脑最为开放的科学大师之一。”[8]

他对年轻有为的科学家总是充满了热情，以平等的态度和他们讨论以至争辩科学问题。对年轻40岁的科赫是如此，对年轻20岁的波吉奥和马尔(David Marr)也是如此。波吉奥后来回忆说：“我永远也不会忘记他慷慨地让人分享他的智力成果，他永远有时间和兴趣与人讨论科学问题，并使人感染他对科学的热爱。”对他的每次访问都使波吉奥感到是“以一种独一无二的方式让我头脑清醒，充了电，对研究也对生活重新产生深究和欢乐的心情。”“他对充满好奇心的人极其耐心。我记得有一次他在麻省理工学院演讲完后，尽管他已经很累了，但是他对那些留下来不走的学生和听众所提出来的无穷无尽的问题耐心而又温和地一一作答。”[1]

西格尔(Ralph Siegel)是一位比克里克小40多岁的年轻神经科学家，当他在二十多岁第一次拜访克里克时，他向克里克介绍了自己的工作。后来他回忆说：

“弗朗西斯倾听我的介绍，然后提出了一系列以前从来也没有人向我提出过的难于作答的问题。看上去他好像一下子就掌握了整个情况，把它们安放到了他那巨大的颞叶皮层中的内心模式中去了，并由此提出了关键问题。

“这是我生平第一次见到有人能这样做。弗朗西斯记忆惊人，思维敏捷。在以后20年中在许多学术报告会上我看到他好像睡着了一样，以手托腮，双目紧闭。而当报告完了时，他会提出一个报告者猝不及防的问题，直指报告的问题所在。”

毫无疑问，科学研究中最艰苦的工作是解决问题。但是提出什么样的问题正是究竟是取得成功和获得新成果，还是失败和浪费多年时间走进死胡同的分界线。

他的另两位朋友里奇(Alexander Rich)和史蒂文斯也回忆说：“他强烈的好奇心总是伴随着高度原创性的思维……在学术报告会上他总是要求报告人要讲清楚，因此气氛不免有些紧张。不过他也很富幽默感，尖锐，然而从来不带恶意。”有一次，一位来访的科学家介绍了他有关脑功能的模型以后，感到克里克的不以为然，他就急着说：“克里克博士，我的模型很漂亮，也确实行啊。”克里克老实不客气地回答说：“我的朋友，如果您推销的是吸尘器的话，那么您可以以此为标准。但是我看不出您的模型和脑有什么关系。”他说过：“客气是对所有良好的科学合作的一剂毒药。”

克里克是一位理论家，而不是一位实验工作者。他坚信对生物学来说，理论的重要性不仅在于组织和解释现象，更在于提出问题并要求解答。他经常邀请神经生物学家做客，这种做客可不是为了构建人脉关系。他从来访者中汲取营养和激发灵感，而来访者则从他的洞见卓识中受到启发。

他过世以后，同事、学生和朋友都异常悲痛，他们都认为虽然斯人已随黄鹤去，但是他播种在人们头脑中的种子将继续生根发芽、开花结果。

(2015年9月15日收稿)

[1] POGGIO T A, POGGIO M D. Francis Harry Compton Crick [J]. Physics Today, 2004(11): 80-81.

[2] RAMACHANDRAN V S. The astonishing Francis Crick [J]. Perception, 2004, 33: 1151-1154.

[3] RAMACHANDRAN V S，BLAKESLEE S. Phantoms in the brain: probing the mysteries of the human mind [M]. New York: William Morrow and Company, 1998.

[4] CRICK F. What mad pursuit: A personal view of scientific discovery [M]. New York: Basic Books, 1988.

[5] WATSON J D. The double helix: A personal account of the discovery of the structure of DNA [M]. London: Weidenfeld & Nicolson Ltd, 1968.

[6] KOCH C. The quest for consciousness—a neurobiological approach [M]. Englewood, Colorado: Roberts and Company Publishers, 2004.

[7] CRICK F H C. The Astonishing hypothesis: the scientific search for the soul [M]. New York: Charles Scribner's Sons, 1994.

[8] KRELSLER H. Consciousness and the biology of the brain: Conversation with Christof Koch [M]. California: Regents of the University of California, 2006.

(编辑：段艳芳)

The greatest biologist in 20th century—Francis Crick

GU Fanji
School of Life Sciences, Fudan University, Shanghai 200433, China

A biography of UK scientist Francis Crick who is called as the greatest biologist in 20th century is presented in this article. His contributions to life sciences and his approaches to scholarship are also given.

Francis Crick, DNA, double-helix structure, molecular biology, consciousness, neuronal correlates of consciousness

10.3969/j.issn.0253-9608.2016.01.011

†通信作者，E-mail：fjgu@fudan.edu.cn