モデル構築による科学的発見

理論より先に手を動かす

ジェームズ・ワトソンとフランシス・クリックが二重らせんで描くのは、DNAの構造を数式や理論的推論だけで解こうとはしなかった二人の姿である。ケンブリッジのキャベンディッシュ研究所で、彼らはDNAの模型を組むための金属製の部品を発注し、原子や結合を模した模型を実際に組み立てながら、結合角度や原子間距離といった既知の化学的制約を満たす形を探し続けた。理論的に「あり得る」構造を紙の上で数え上げるのではなく、まず手で組んでみて、うまく合わなければ崩して組み直す。この反復こそがモデル構築の核心であり、悠長な演繹よりも速く答えにたどり着ける可能性を秘めていた。

先例としてのポーリング

この手法を分子構造の研究に持ち込んだ先駆者は、ワトソンとクリックではなくライナス・ポーリングだったとされる。ポーリングはタンパク質のらせん構造(アルファヘリックス)を、物理模型を手で組み立てる作業を通じて発見しており、その成功体験がモデル構築という手法の正当性をすでに証明していた。皮肉なことに、ワトソンとクリックがDNAの模型作りを急いだ動機の一つは、同じ手法を操るポーリングに先を越されることへの焦りだったと本書は率直に語る。手法の起源としても対抗心の対象としても、ポーリングの存在はモデル構築という方法論の輪郭をくっきりと浮かび上がらせている。

データという制約条件

模型作りは思いつきの組み立てではない。無数にある可能性を絞り込むには、実測データによる制約が欠かせなかった。DNAの場合、その制約を与えたのはX線結晶構造解析による回折写真であり、とりわけロザリンド・フランクリンが撮影した精密な写真が、らせんのピッチや直径に関する定量的な手がかりを与えた。ワトソンとクリックはこの数値を模型に組み込みながら、化学的に成立し、かつ実測データとも矛盾しない形だけを残すという絞り込みを繰り返した。理論・模型・データが互いを検証し合う三角形の中で、正しい構造だけが生き残っていった。

手が見つけた規則性

模型を組み替える過程で訪れた転機が、塩基の組み合わせ方だった。厚紙で切り抜いた塩基の模型を机の上で動かしているうちに、特定の塩基同士だけがぴたりと収まる組み合わせがあることに気づく——これが塩基対合則の発見につながったとされる。理論的な洞察というより、模型を手でいじる中で偶然形が合ったことから始まった発見であり、モデル構築という方法が持つ経験的な強さをよく表している。この規則性が見つかったことで二重らせん構造全体が一気に安定し、塩基の相補的な並びは複製の仕組みまで示唆していた。以後、分子の立体構造を手探りで組み上げるという発想は、コンピュータ計算が主役になった後の分子生物学にも受け継がれ、理論に先立って「まず形を作ってみる」姿勢の有効性を示し続けている。