塩基対合則

なぜ二本の鎖は寸分違わず向き合い、片方が壊れてももう片方から情報を復元できるのか。塩基対合則とは、DNAを構成する四種の塩基のうち、アデニン(A)は必ずチミン(T)と二本の水素結合で、グアニン(G)は必ずシトシン(C)と三本の水素結合で、特異的に対をなすという構造上の規則である。大きさの異なるプリン(A・G)とピリミジン(C・T)がこの組み合わせでのみ同じ幅に収まり、二重らせんの二本の鎖が互いに相補的な配列を持つことの物理的な根拠となる。二重らせんでは、この規則の発見が遺伝物質の構造をめぐる探求の科学的クライマックスとして描かれる。

シャルガフの数字が語っていた手がかり

生化学者アーウィン・シャルガフは、さまざまな生物のDNAを分析し、種によって塩基の構成比は違うのに、どの生物でもアデニンの量はチミンの量とほぼ等しく、グアニンの量はシトシンの量とほぼ等しいという規則性を報告していた。1952年にケンブリッジを訪れたシャルガフ本人が、二人の生化学の知識の乏しさに手厳しい皮肉を向けた場面も本書には描かれるが、シャルガフ自身はこの等量関係が構造上何を意味するのかまでは説明しなかった。しかしワトソンにとってこの数字は見過ごせない手がかりだった。分子模型の中でAとT、GとCがそれぞれ対になっているなら、この一致は自然な帰結として説明がつく。答えの断片はすでにデータの中にあったが、それを読み解く模型がまだ存在しなかった。

模型組み立ての試行錯誤

本書が生々しく描くのは、ワトソンが厚紙や金属板で作った塩基の模型を机の上で並べ替え続けた日々である。当初は同じ種類の塩基同士を向き合わせる対称的な対合を試みたが、鎖の太さが一定にならず、ロザリンド・フランクリンのX線結晶構造解析データが示す均一な直径と矛盾した。転機は、同僚の助言で塩基の化学構造(互変異性体)の教科書的な描き方の誤りを修正した模型を試したときに訪れる。修正後の形でAとT、GとCを組ませると、どちらの対も同じ大きさ・同じ形になった。理論的な推論の積み重ねだけでなく、模型を実際に手で組み替える試行錯誤の果てにたどり着いた発見だったとされる。

対合則が同時に開いた複製という問い

この発見の射程は、分子の形を説明した点にとどまらない。一方の鎖の配列が決まれば、対合則によってもう一方の鎖の配列は自動的に定まる。この相補性は二重らせんが遺伝情報を安定に保持できる理由であると同時に、鎖がほどけてそれぞれを鋳型に新しい相補鎖が合成されるというDNAの複製メカニズムの存在を強く示唆した。ワトソンとクリックの原論文には、この特異的な対合が遺伝物質の複製機構を直ちに示唆する、という趣旨の一文が控えめに添えられていたことはよく知られている。一組の構造上の規則が、生命がどう自らを複製するかという問いへの答えを最初から内包していたことになる。

幾何学的な整合性が支えた発見

塩基対合則がモデル構築による科学的発見の代表例として語られるのは、この規則が理論の演繹ではなく、実物大の模型を手で組み替える中で「形が合う」という物理的な整合性として見出されたからである。ワトソンはこの対合を思いついた瞬間、それがあまりに美しく単純だったために、逆に正しいはずだと確信したと振り返っている。四種類の分子の間に成り立つこの一つの化学的な相性が、遺伝という現象全体を支える情報のコピー機構になった。PCRによる増幅からゲノム解読まで、現代の分子生物学が塩基配列を自在に読み書きできるのは、この単純な対合規則が例外なく成り立ち続けるという信頼の上に成り立っている。