DNA的发现
DNA的发现者是瑞士的化学家米舍尔――一个在现在基本上不为人知的名字。米舍尔年轻时，细胞核还仅仅是被作为细胞中央很少见到的斑点而加以描述。作为染色体和遗传信息的储藏所这一作用仍待确定。米舍尔很想揭示细胞核的化学组成。说起来会令人生理上感到不太舒服，他选取浸泡在脓液中的绷带作为研究的材料，因为脓液能提供非常好的白细胞资源。在研究来自外科绷带中的脓液的细胞核时，他发现一个含有大量磷的新复合物，因为他发现该物质位于细胞核中，他称其为“核素”。这是一个在当时显得很不寻常的发现。活细胞中央竟会存在磷？这似乎令人难以置信。在对此物质的基本化学成分进一步的研究中，发现它实际上是酸，所以它被重新命名为核酸。后来的人们又发现核酸有两种。一种是脱氧核糖核酸DNA，另一种是核糖核酸RNA。
核酸十分不稳定，提取时必须非常小心，速度要快，还得保持很低的温度。为了制备核素，米舍尔从清晨五时开始，就在一个低温的房间内迅速地工作。最后的制备物可以保存在纯酒精中。然而他的辛苦劳动未能赢得同代人的赞扬，相反对他工作的批评意见却蜂拥而至。
丑小鸭的年月
1868年发现核素后的最初一段时间里，人们对它的了解是混乱的。如有化学家宣称，核素“无非是一种不纯净的蛋白质物质”。阐明核酸化学基本原理的是俄裔美国科学家莱文。他在1900年开始研究核酸化学，到1905年已经成为国际知名的核酸研究权威。
莱文把核酸同蛋白质区别开来。他阐明了组成两种核酸的糖类的结构，他的工作使人们认识到核酸因其所含的糖类不同可以分成两类。他搞清了核苷、核苷酸的结构，提出核酸是由大量核苷酸通过酯键连接成的高分子化合物。他的工作使人们形成了一个关于核酸的比较清晰的图画，使人类对核酸的认识有了很大进步。
莱文还发现核酸中的四种碱基克分子数相等（实际上这些数据是不精确测量的结果）。莱文在这证据下于1908年提出了“四核苷酸假说”。这一假说是说：四种碱基是等量的。在更精细一些组织的水平上，它意味着多核苷酸是由某种确定的、排列顺序不变的单位所组成，而这些单位本身又是由四种核苷酸组成的结合体。最后对这些数据的解释意味着，DNA是一种同糖原相类似的重复的多聚体。这一假说由于莱文的权威地位很快成为一种正统的看法，我们马上就会了解到正是他的这一假说阻碍了人们对核酸功能的研究。
核酸自发现之日起，就有人推测它可能是遗传物质。如米舍尔曾私下推究在可遗传性状的传递着核素的可能作用。他认为，核素的原子可能形成“异构体”或“几种不同的空间排列”，由此而导致变异。1895年，威尔逊认为：遗传的物质存在于染色质中，而染色质似乎基本上和核素相同，所以核素必然是遗传物质。1885年，赫特维希也提出，核素可能负责受精和传递遗传性状。但早期的这类推测并未引起当时学术界的注意与重视。
在1910年－1930年间，染色质被认真作为遗传物质的声誉似乎失去了。当时，关于染色质化学的大多数论文，完全不讨论染色质可能具有的生物学作用。生物学家对染色质的期望也变成了泡影。具有讽刺性的是，这却是改进了核酸化学分析方法所造成的。人们发现染色质在细胞周期中的行为似乎十分特别，在某一段时期，染色质仿佛消失了，这好像与遗传物质所特有的性状不一致，特别是在从前一代到后一代传递时所需要的稳定性上。
而莱文的工作更是把核酸作为遗传物质的可能性给取消了。如果接受他提出的四核苷酸假说，那么就意味着核酸大分子是由四种核苷酸按照相同的分子比例连接成的四聚体反复重复形成的。如AGTC AGTC AGTC AGTC。一串如此单调的分子是不可能产生对遗传物质来说必不可少的多样性。事实上，在莱文的四核苷酸假说下，DNA的结构太简单了，它所扮演的“愚蠢的分子”角色不可能在机体中起到主要的作用。
蜕变的历程
核酸自发现之日后的几十年中一直被视为丑小鸭。这一方面是因为人们对它的误解（如把它看成是愚蠢的分子），但更重要的一方面在于：它的光芒完全被一个更有力的竞争者遮掩了。作为遗传物质有利争夺者的是被视为生命中心分子的蛋白质。蛋白质一方面于生命是极其重要的，另一方面人们很早就认识到蛋白质不仅有二十多个基本构成，并且大小和形状多样。简单说，蛋白质是复杂的。这正是作为遗传物质的必要条件。
在蛋白质是生命的中心分子这一观念的影响和束缚下，DNA被忽视了，它只能长久地生活在蛋白质的光辉笼罩下。灰姑娘美的被发现需要时机与人物，DNA取代蛋白质成为“基因的材料”像丑小鸭到白天鹅的蜕变一样只能是一个逐渐的过程。向基因必然是蛋白质或核蛋白这一假设挑战的一系列著名实验。我们就来看一下证实DNA重要性的几个经典实验。
格里菲思的肺炎双球菌转化实验：
19世纪20年代初，在抗生素被发现以前，由肺炎双球菌引起的肺炎于人类而言是一个主要杀手。于是很自然的，肺炎成了值得研究的焦点。科学家尤其感兴趣的是试图以一种减弱的或弱化的细菌菌株来免疫人，这种菌株不会致病但能防止将来的感染。在进行这项研究中，伦敦英国卫生部病理实验室工作的格里菲思发现了两种细菌，根据它们的外表他简单地命名为光滑（S）型和粗糙（R）型。其中粗糙（R）型细菌是一种减弱的细菌，注射给小鼠不会杀死它们。另一方面，光滑型细菌是有毒的致死型，但加热杀死它们后再进行接种，也会变得没有毒性。
但是当格里菲思把加热杀死的S型菌与无致病力的R型菌混合以后接种小鼠得到了一个十分奇怪的现象：小鼠因肺炎死亡！两种没有致病力的菌液组合以后竟产生了致病力。格里菲思提出一种合理的解释：R型菌由于某种原因稳定地转变成了S型菌，他把这种现象叫做转化。他认为加热被杀死的S型菌里的某种因子促使R型菌转变成了S型。他把这种物质称为转化因子。看来转化因子携带着S型菌的遗传信息。因此，只要找到了构成转化因子的化学物质，也就等于找到了生物的遗传物质。
1928年，格里菲思在发表的论文中介绍了这一转化实验。在现在的回顾中，我们可以清楚地看到它的重要价值。但在当时，它使人们感到的是迷惑不解。格里菲思死于1941年德军对伦敦的大轰炸，当时他正在实验室做实验。他没有看到自己的实验最终显示出意义。
埃弗里的研究结果：
格里菲思的转化实验令人感到困惑与怀疑，埃弗里是怀疑分子中的一个。但他重复了这一实验，得到了相同的结果。他认识到这一现象是真实的，于是他决定揭示这一谜团，找出转化因子。
经过几年的艰苦探索，他与合作者终于得出了答案：DNA是转化因子，是它在执行传递任务。但是，埃的研究结果在发表后并没有得到学术界的普遍认可，许多学者怀疑的指出：可能是由于技术的限制，他提纯的DNA样品中带入了微量的蛋白质杂质。因而起到转化因子作用的是带入的蛋白质，而不是DNA。格里菲思发现了转化现象，而埃弗里找到了转化因子。
埃等人的有关论文发表于1944年。梅达沃爵士称埃弗里的文章标志着DNA黑暗时代的终结，但实际情况并非如此。埃等人的工作很少被当时的其它学者引用，其重要性远远被低估了，有人把他们的工作称为“未被发现的发现”。埃于1955年去世，如果他能多活几年，诺贝尔奖或许会降临到他身上。
物理学家和噬菌体的故事
1930年，一位年轻的物理学家马克斯•德尔布吕克开始思考遗传是如何进行的。他是一个具有灵活变通的人。最初他喜欢的是天体物理学。这是一门对数学修养要求极高的学科，而且有关文献为英文，而他却不懂英文。于是，他的兴趣转向了量子物理学。
1932年前后，它完成了在量子物理学方面的博士学位研究，并且又在英国和丹麦进修了三年，在进修期间获得了学位证书。在这段时间里，他混杂在一群热衷于讨论遗传问题的生物学家中。以至于回国后，这些问题他困扰着他。
1937年纳粹上台后，他接受了一份生物学研究员基金到了加利福尼亚理工学院。在这里他开始时想研究果蝇突变。但他发现他必须学习大量有关果蝇的知识。他感到自己也许很难学到这么多的果蝇遗传学知识，从而完成有关的实验。在他几乎放弃了将理论物理学与遗传学融合在一起梦想时，一次意外的会见把他与一位研究噬菌体的病毒学家联在了一起。
这位病毒学家叫埃利斯。在与埃利斯见面之初，德尔布吕克根本没有希望会得到什么启发。可是在会见后，他对病毒产生了极大兴趣。所谓病毒是一种细微的感染性颗粒。攻击细菌的病毒称细菌的噬菌体，或简称噬菌体。
对噬菌体做实验，实验结果可以在一天之内得到，而做果蝇实验则慢许多。两者噬菌体实验得到的数据还可用数学方法加以分析。德尔布吕克被迷住了。
1940年，一位微生物学家卢里亚加入了德尔布吕克的研究阵营。1943年前后，这一阵营又一次扩大。另一位微生物学家赫尔希也加入了进来。于是，三人形成了一个松散的合作团体：噬菌体小组。二战后，更多的物理学家受薛定谔《生命是什么》小册子的影响，被吸引到德尔布吕克和他的噬菌体身边来了。到1950年初，噬菌体小组扩展成了有约30位成员的集体。1950年时，已搞清楚了：噬菌体基因，不管其性质如何，都必须钻入细菌细胞内，在那里复制，并指导每个细胞成百个新噬菌体的形成。这种情形好像是一个皮下注射用的针筒，在将某些东西注入到细菌中去以后而被抛弃了一样。这被注入进去的东西一定就是噬菌体的基因，因为这些基因必须进入细菌细胞之后后代噬菌体才能被制造出来。分子解析研究曾揭示，这些病毒是由两大类分子构成的：蛋白质和DNA。这两者中至少有一种是遗传物质。那么，进入细菌内的是蛋白质呢，还是DNA。
赫尔希－蔡斯混合实验：
在两人实验之前，早有研究表明，蛋白质和D的组成成分是有区别的（D含有磷但不含硫，而蛋白质则含有硫和极少量但却可以测出的磷）。于是赫尔希－蔡斯设计了一个巧妙的实验：用放射性硫标记噬菌体的蛋白质，然后让这种噬菌体去感染细菌，再把受了感染的细菌细胞放在搅拌器内旋转、离心，把受感染的细菌和更小的颗粒分离开来。结果他们发现，大多数噬菌体DNA仍然同细菌细胞在一起，而噬菌体的蛋白质则被释放到上清液中。因此，他们认为噬菌体的蛋白质只是噬菌体附着在细菌上时所需要的保护性外套，同时也是把噬菌体DNA注入到细菌中去时所需要的工具，但对细胞内噬菌体的生长是没有作用的。
两人1952年所做的这一实验证明进入细菌细胞的是噬菌体的DNA，而不是蛋白质。也就是说DNA带有遗传信息。
查伽夫的工作
上面我们已提到，莱文提出四核苷酸假说。这一错误的理论在很长时间中被奉为正统学说，这使得DNA在人们的眼中是简单的、愚蠢的分子。正是受这一学说的影响，当已确定DNA是定位在染色体上时，大多数科学家们仍然宁愿把蛋白质看作是遗传物质。1946年到1950年间，查伽夫进行了化学方面的研究，这些研究使当时对于DNA的看法起了革命性的变化。
他对各种来源的核酸进行了精细的分析。最终他非常明确地证明了四种碱基的数量不是相等的，不同来源的DNA中四种碱基比例可以有很大不同。查伽夫的研究指出，核酸是一些大分子，是一种高分子量的长链结构。他证明了核酸可能像蛋白质一样高度聚合、非常复杂，因此完全可能成为遗传物质的候选者。
此外，查伽夫得到一个当时看来有些奇怪的结果：在所有生物DNA中，A与T，G与C的比例都接近于1。此即为查伽夫规则。
白天鹅的诞生
正如以上所述，许多年中，核酸在生物化学中一直未引起重视。各种深入的研究逐渐转变了人们对它的认识。查伽夫的工作使它具有了成为遗传物质候选者的；各种经典实验转变了许多人对它的看法，但并未为DNA的遗传作用提供出使人非信不可的证据。并非所有的遗传学家对DNA的作用表示信服，许多人仍然争论说：实验中不是DNA，而是蛋白质杂质导致了实验结果。许多科学家始终抱着在核酸中的少量污染物也许就是遗传物质这样一种希望，因此大量的工作都用于提纯这些转化因子。直到1952年，人们对DNA的作用问题仍然保持着谨慎态度。甚至当只含有少于0.02%蛋白质的高纯度的DNA制备物仍被证明对转化作用有效时，某些科学家仍然不愿接受DNA本身是转化因子的结论，因为仍然有某些微量的其它物质会附着在核酸上。
然而这种怀疑在1953年4月，随着双螺旋模型的提出烟消云散了。DNA像故事中的灰姑娘一样，突然发出了它的异彩。双螺旋结构的建立已成为生物学上的一段传奇，那是我们需要更多的篇幅做介绍的。