數學解謎ＤＮＡ

仇　岷

如今，DNA及其雙螺旋的分子結構幾乎無人不曉。然而在20世紀初，人們對DNA的結構卻一無所知。神秘的DNA吸引了眾多科學家的無限遐想和艱辛探索。

英國物理學家威爾金斯通過X光衍射照片上一片去狀的圈圈點點猜想：DNA大概是螺旋形；美國化學家鮑林也用X射線探測，得出了DNA的“α螺旋模型”，可惜他猜想的是三螺旋。著名數學家陳省身說過：“雙螺旋的幾何性質是生物科學的一個基本現象。”英國劍橋大學卡文迪許實驗室的克里克憑著對數學的理解，他推測，DNA分子一定是某種形式的螺旋體。他與同在一個實驗室的美國科學家沃森，從威爾金斯拍攝的照片中的一個十字型交叉點上，發現上DNA的螺旋結構是雙層的，就像一個有兩個扶手旋轉而上的扶梯。

猜想終歸是猜想。克里克和沃森在動的制作這個模型時，又遇到了數學上的難題：DNA中的4種物質T、C、A、G是怎樣排列的？最初，他們根據已知資料和數據拆拼起來的模型是那樣的扭曲難看。對數學的理解又一次告訴他們，凡是自然的東西都應該是美的、和諧的。于是，他們經歷了十幾個月的艱辛研究，終于運用數學原理找到了4種物質的對應關系，即A與T配對，G與C配對。當像凌空飄舞的彩綢一樣舒展自如的雙螺旋模型展現在世人面前時，DNA結構之迷終于被揭開了。

美國數學家瓊斯則運用他發現的“扭結多項式”，為進一步探究DNA的精密結構又提供了數學手段。

數學打開了雙螺旋的疑結。沃森、克里克和威爾金斯同時獲得了1962年的諾貝爾獎；瓊斯則獲得了1990年的菲爾茲獎。

DNA的結構弄清了，但是DNA是如何攜帶大量的基因、如何表達出千差萬別的生物性狀呢？早在DNA結構未提示前，量子力學家薛定諤就用數學中的排列組合原理指出：構成DNA的4種核苷酸，每次取出3個構成一組，這樣的排列組合就有了足夠的遺傳基因。現代生物技術證實了薛定諤的這一數學論斷，組成DNA的4種核苷酸，正是按照每3個一組編排出遺傳密碼，從而譜寫出了地球上千姿百態、無與倫比的生命交響曲。

人們對DNA的探究仍在繼續。正在進行的人類基因組計劃和對DNA的測序，仍然需要大量的數學模型和數學分析工作。相信，人類運用數學手段，會不斷探索并提示一個個生命之迷。