第四单元：双螺旋
我们想提出一个脱氧核糖核酸钠盐的结构，这个结构具有一些有重要生物学意义的新特征…我们提出的专一配对方式直接指出了遗传材料可能的复制机制,这未被我们忽略。
沃森和克里克，1953
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欧文·查哥夫（1905-2002）
美国生物化学家欧文·查哥夫（Erwin Chargaff，1905年8月11日-2002年6月20日）出生于奥匈帝国。1924年到1928年，查哥夫在维也纳学习化学，并获得了博士学位；从1925年到1930年，他在耶鲁大学担任米尔顿坎贝尔有机化学研究员；1930 年至 1934 年，他回到欧洲生活，先是担任柏林大学细菌学和公共卫生系化学主管助理（1930-1933 年），然后担任巴黎巴斯德研究所的研究助理（1933-1934 年）。查哥夫于1935年移民到纽约市曼哈顿在哥伦比亚大学生物化学系担任研究助理。随后，于1938年成为助理教授，并于1952年成为教授。
查哥夫的最关键结论现在被称为查哥夫规则。他的第一个，也是最著名的成果是阐明了：天然DNA中，鸟嘌呤（G）单位的数量等于胞嘧啶（C）单位的数量，腺嘌呤（A）单位的数量等于胸腺嘧啶（T）单位的数量。这强烈地暗示出了DNA的碱基对组成，尽管查哥夫本人没有明确说明这种联系。在这项研究中，人们认为查哥夫反驳了四核苷酸假说（即DNA是由大量重复的GACT组成的）。大多数研究人员曾认为，与等摩尔碱基比（G = A = C = T）的偏差是由于实验误差引起的，但查哥夫记录了这种特殊性是真实的。查哥夫的研究后来帮助沃森（Watson）和克里克（Crick）推断出DNA的双螺旋结构。
查哥夫的第二个规则是DNA的组成因物种而异，特别是在A，G，T和C碱基的相对数量上。这提供了本被认为DNA中不存在的分子多样性数据，这使得DNA成为比蛋白质更可信的遗传物质候选者。
莫里斯·威尔金斯（1916-2004）
莫里斯·休·弗雷德里克·威尔金斯于1916年12月15日出生于新西兰，6岁随父母到英国接受教育，于2004年10月5日在英国伦敦去世。莫里斯·威尔金斯是一位英国分子生物学家，毕业于剑桥大学，毕业后到伯明翰大学任兰德尔教授的助手。后经选拔参加了美国的“曼哈顿计划”。从美国回英国后，在伦敦国王学院从事DNA的X射线的分析研究。
其在伦敦国王学院期间用X射线衍射法解开了DNA分子结构，主要贡献在于1950年获得了DNA的第一张X射线衍射图像，为弗朗西斯·克里克、詹姆斯· 沃森使用分子建模的方法解开DNA分子双螺旋结构提供了基础。最终莫里斯与学生佛朗西斯·克里克、詹姆斯· 沃森共同获得了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。他在伦敦国王学院的同事罗莎琳·富兰克林，也是这项研究的主要贡献者之一，但因病逝世，无缘得奖。
罗莎琳德·富兰克林（1920-1958）
罗莎琳德·富兰克林（1920年7月25日—1958年4月16日）是英国化学家和X射线晶体学家，她的工作对理解DNA的分子结构至关重要。尽管在她生前她对煤炭和病毒的研究工作受到了赞赏，但她对发现DNA结构的贡献在生前基本上没有得到应有的承认。
富兰克林1941年毕业于剑桥大学纽纳姆学院（Newnham College），并继续在剑桥大学攻读物理化学博士学位。但二战的进程改变了她的行动轨迹：她于1942年加入了不列颠煤炭利用研究协会（BCURA），所从事的煤炭研究也帮助她在1945年取得了剑桥的博士学位。从1947年至1950年，她前往巴黎的国家中央化学实验室（Laboratoire Central des Services Chimiques de l'État）工作，学习了X射线晶体衍射技术。
1951年，富兰克林加入伦敦国王学院的生物物理实验室，成为一名研究员，将X射线晶体衍射方法应用于DNA的研究。当她刚开始在国王学院的研究时，人们对DNA的化学组成或结构还知之甚少。富兰克林很快就发现了DNA分子的两种不同构象（A型和B型）；更重要的是，她确定了该分子是以螺旋形构象存在的。在她和她的研究生雷蒙·葛斯林（Raymond Gosling）的工作下，富兰克林成功获得了DNA分子清晰的X射线衍射图像（特别是“照片51号”[Photo 51]），为詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick）在1953年提出DNA的双螺旋结构奠定了基础。
1953年后，富兰克林离开剑桥，前往伦敦大学伯贝克学院（Birkbeck College）的晶体学实验室工作，在那里领导了关于病毒分子结构的开创性工作。不幸的是，她因卵巢癌于1958年去世——就在她准备在布鲁塞尔的一个国际会议上公布烟草花叶病毒（TMV）结构的前一天——年仅37岁。沃森曾提出，在理想情况下富兰克林应该和她的同事莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）一起获得诺贝尔化学奖，但诺贝尔委员会一般不提名已经逝世的学者。克里克、沃森和威尔金斯因发现了DNA的双螺旋结构而分享了1962年的诺贝尔生理学或医学奖。
詹姆斯·沃森（1928-）和弗朗西斯·克里克（1916-2004）
詹姆斯·沃森（1928年4月6日—）是美国分子生物学家和遗传学家。他在芝加哥大学（学士，1947年）和印第安纳大学（博士，1950年）获得学位。在哥本哈根大学做了一年博士后之后，沃森加入了英国剑桥大学的卡文迪许实验室，在那里他第一次遇到了他未来的合作者弗朗西斯·克里克。
弗朗西斯·克里克（1916年6月8日—2004年7月28日）是英国分子生物学家、生物物理学家和神经科学家。克里克求学于伦敦大学学院（UCL），1937年获得理学学士学位，并继续在伦敦大学学院开始了一个关于测量高温下水的粘度的博士研究项目。然而，二战使克里克偏离了他原本可能走上的物理学职业道路；战争期间他被征召工作于英国海军部研究实验室（Admiralty Research Laboratory）。1947年，31岁的克里克开始学习生物学，成为当时一系列向生物学研究迁移的物理学家之一。到1949年，他转到剑桥大学卡文迪许实验室的英国医学研究理事会（Medical Research Council, MRC）生物系统分子结构研究组（Unit for the Study of the Molecular Structure of Biological Systems）开展研究工作。
1953年3月中旬，沃森和克里克推导出了DNA的双螺旋结构，并向《自然》杂志提交了他们的学术论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的结构》（Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid），该论文于1953年4月25日发表。沃森和克里克提出的结构是一个模型，基于罗莎琳德·富兰克林（Rosalind Franklin）、雷蒙·葛斯林（Raymond Gosling）和莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）在同一期《自然》上发表的数据支持；不过，由于合成单晶形式的小段DNA的困难，对该结构的明确证明又花了近四分之一个世纪。沃森、克里克和威尔金斯被授予1962年诺贝尔生理学或医学奖，“由于他们发现了核酸的分子结构及其对生物体内信息传递的意义”。
从1956年到1976年，沃森在哈佛大学生物系任教，致力于促进分子生物学研究。自1968年起，沃森担任冷泉港实验室（Cold Spring Harbor Laboratory）主任，大大提升了其资金和研究水平；在冷泉港实验室，他将研究重点转移到癌症研究上，同时使其成为世界领先的分子生物学研究中心。沃森也写了许多科学书籍，包括教科书《基因的分子生物学》（Molecular Biology of the Gene，1965年）和畅销书《双螺旋》（The Double Helix，1968年）。
在发现双螺旋结构后，克里克继续在阐明遗传密码和蛋白质合成机制的研究中发挥了核心作用。他最先使用“中心法则”（the Central Dogma）一词来对如下理念进行概括也广为人知：遗传信息一旦从核酸（DNA或RNA）转移到蛋白质，就不能再流回到核酸。在此后的职业生涯中，他一直在加州拉荷亚的索尔克生物研究所（Salk Institute for Biological Studies）担任J.W. Kieckhefer杰出研究教授的职位。克里克后来的工作集中于理论神经生物学和尝试推进对人类意识的科学研究。
莱纳斯·鲍林（1901-1994）
莱纳斯·卡尔·鲍林，1901年2月28日出生于美国俄勒冈州波特兰市，于1994年8月19日去世。莱纳斯·卡尔·鲍林是一位美国化学家、生化学家、化学工程师、和平运动呼吁者、作家和教育家。他发表和出版了超过1200篇文章和书籍，其中850本是关于科学主体的。在科学成果方面，他被授予了1954年的诺贝尔化学奖；在和平运动方面，他被授予1962年的诺贝尔和平奖。他是唯一一个两次单独获得诺贝尔奖的人。
鲍林读高中时便成绩优异，尤其化学成绩一直为位列全班第一，他利用废弃钢铁厂的设备和材料组织化学实验，立志做一名化学家。由于家境贫寒，鲍林上学期间兼职多份工作勤工俭学，为大学的花费做准备。1917年9月，鲍林以优异的成绩考入俄勒冈州农学院化学工程系。
鲍林是量子化学和分子生物学领域的奠基人之一。他对化学键理论的贡献包括轨道杂化的概念和元素电负性的第一个精确尺度。鲍林还研究生物分子的结构，并展示了阿尔法螺旋和贝塔折叠在蛋白质二级结构中的重要性。鲍林的研究结合了x射线晶体学的方法和结果、分子模型建立和量子化学。他的发现启发了詹姆斯·沃森·弗朗西斯·克里克的工作以及莫里斯·威尔金斯和罗莎琳德·富兰克林对DNA结构的研究，从而使遗传学家有可能破译所有生物体的DNA密码。
他晚年支持核裁军以及正分子医学、大维生素疗法和膳食补充剂。但他关于大剂量维他命医学上无用的主张却鲜少被主流科学界接受。
芭芭拉·麦克林托克（1902-1992）
芭芭拉·麦克林托克（1902年6月16日-1992年9月2日）是美国细胞遗传学家，也是目前唯一一位独享诺贝尔生理学医学奖的女性。麦克林托克出生于纽约的布鲁克林区，1923年在康奈尔大学取得农业学士学位、1927年获植物学博士学位，并对细胞学和遗传学产生浓厚兴趣。毕业后，麦克林托克前往康奈尔大学、加州理工学院、德国柏林深造，在1936年任职为密苏里大学的助理教授，但因不满工作环境而离职，遂在1941年入职位于纽约长岛的冷泉港研究所。
麦克林托克早在1929年便被视为细胞遗传学的新星。1944年，麦克林托克发现玉米变种细胞中存在可变更位置的染色体片段（转座因子），并在1951年的冷泉港研讨会上作相关报告，1953年于《遗传学》上发表《诱导玉米的特定基因座产生不稳定性（Induction of Instability at Selected Loci in Maize）》，该文详细地描述了两个转座因子——解离因子（Ds）、激活因子（Ac）。可惜的是，麦克林托克的发现直到1960年代才得到充分重视；幸运的是，麦克林托克见证了她应得的荣耀，在1983年因“发现移动的遗传因子”被授予诺贝尔奖。
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乔治·伽莫夫（1904-1968）
乔治·伽莫夫（1904-1968），出生于前苏联的美国物理学家和宇宙学家，是宇宙大爆炸学说的首要支持者。根据该理论，宇宙是数十亿年前一次大爆炸的产物。此外，他在DNA 方面的研究也为现代基因理论奠基。
伽莫夫大学就读于曾就读于列宁格勒(现在的圣彼得堡)大学，在那里他跟随A.A.弗里德曼短暂学习，弗里德曼是一位数学家和宇宙学家，他认为宇宙应该在膨胀。当时伽莫夫并没有继续研究弗里德曼的建议，而是更愿意钻研量子理论。1928年毕业后，他来到了哥廷根，并在那里放射性的量子理论，这一理论第一次成功地解释了放射性元素的行为，即为什么其中一些元素在几秒钟内衰变，而另一些元素则要衰变数千年。
他用量子隧穿效应解释了α衰变,发明了液滴模型和第一个原子核的数学模型,并在恒星的形成,恒星核合成和大爆炸核合成(统称为nucleocosmogenesis)和分子遗传学上都颇有建树。
在他职业生涯的中晚期，伽莫夫将他的精力更多倾注于教学和畅销科普书写作上，包括《从一到无穷大》、《汤普金斯先生》系列丛书。他的一部分数目在它们出版后超过半个世纪仍在印刷新本。
马修·梅塞尔森（1930-）
马修·斯坦利·梅塞尔森（生于1930年5月24日）是美国遗传学家、分子生物学家，现居哈佛大学，以梅塞尔森-斯塔尔实验闻名：梅塞尔森与富兰克林·威廉·斯塔尔（1929-）共同证明了DNA的半保留复制——子代DNA的双链中一条来自亲代，另一条为新合成的链。梅塞尔森是家中独子，自小便对化学感兴趣；16岁时便进入芝加哥大学学习，在学校的通识教育规定下学习自然科学与古典文学。1953年，梅塞尔森进入加利福尼亚理工学院，1957年取得化学博士学位。
梅塞尔森与斯塔尔在加利福尼亚理工学院相识，并于1957年成功证明了DNA的半保留复制：他们首先在氮-15（一种稳定的氮同位素，比常规氮-14重）的环境中繁殖大肠杆菌（学名E. coli），接着加入大量氮-14，最后用离心机按密度分离细菌的DNA；结果显示，部分细菌的DNA只含氮-14，部分只含氮-15，还有一些含等量的氮-14、氮-15。梅塞尔森和斯塔尔随即加热分离含有两种氮元素的DNA双链，发现其中一条链只含氮-14、另一条只含氮-15——这说明一条链来自亲代，一条链是新合成的——这也是科学家首次用实验证实DNA的半保留复制。梅塞尔森-斯塔尔实验简洁、有力，被约翰·凯恩斯（英国分子生物学家，1922-2018）盛赞为“生物学中最美丽的实验”。
富兰克林·斯塔尔（1929-）
富兰克林·威廉·斯塔尔（生于1929年10月8日）是美国分子生物学家、遗传学家，现为俄勒冈大学分子生物学研究所的名誉教授。在2015年，斯塔尔回顾其科研生涯，称自己是“乘时乘势”：斯塔尔是家中三个孩子中最小的一个， 1947年进入哈佛大学学习生物，1951年毕业后前往罗切斯特大学攻读生物学博士学位。在此期间，斯塔尔选修了丹尼尔·马齐亚（1912-1996）的课程，并在一次实验课上结识了马修·梅塞尔森（1930-）；二者在1957年10月成功进行了梅塞尔森-斯塔尔实验，证明了DNA的半保守复制，名噪一时。
早在1952年，斯塔尔便对噬菌体的DNA感兴趣。斯塔尔和梅塞尔森也曾尝试在T4噬菌体上进行实验，但最终改用大肠杆菌（E. coli）。在梅塞尔森-斯塔尔实验成功后，斯塔尔剖析了T4噬菌体的DNA结构，而后将研究对象转向更复杂的λ噬菌体（Lamba phage）。斯塔尔在1959年加入俄勒冈大学新成立的分子生物学研究所，2005年退休为名誉教授；研究所现今仍然保留着斯塔尔的办公室，以便其积极参与学术活动。
贝克曼E型超离心转子
贝克曼仪器（Beckman Instruments）1955 年 1 月 1 日收购了行业领导者 Spinco（Specialized Instruments Corporation）后开始生产离心机。Spinco在1947年就开发了著名的 E 型超速离心机，用于 20 世纪的许多重要科学发现，例如，证明了沃森和克里克 DNA 复制理论的加州理工学院1957年的实验。
超速离心机是一种针对高速旋转转子进行优化的离心机，能够产生高达 1,000,000 g（约 9 800 km/s²）的加速度。有两种超速离心机，制备型和分析型超速离心机，两类仪器在分子生物学、生物化学和聚合物科学中都有重要用途。
这种分析型超速离心机转子是一个黑色的椭圆形装置。转子有两个孔，一个用来固定样品池，另一个用来固定天平池。转子顶部有一根锋利的针，该装置固定在红色塑料底座上。
Spinco 120B 型氨基酸分析仪，1960年代
Beckman/Spinco 120 型氨基酸分析仪于1960年首次上市，采用了 Spackman-Stein-Moore 氨基酸色谱技术。