เจมส์ ดี. วัตสัน

เจมส์ ดิวอี วัตสัน (อังกฤษ: James Dewey Watson; 6 เมษายน พ.ศ. 2471) นักอณูชีววิทยาชาวอเมริกัน ได้รับการยอบรับว่าเป็นผู้ค้นพบโครงสร้างโมเลกุลของดีเอ็นเอร่วมกับฟรานซิส คริกและมอริส วิลคินส์ โดยได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ มีผลงานการตีพิมพ์คือบทความ โครงสร้างโมเลกุลของกรดนิวคลีอิก

ชีวิตในเยาว์วัย

เจมส์ ดี. วัตสัน เกิดที่เมืองชิคาโก รัฐอิลลินอยส์ เมื่อเป็นเด็ก วัตสันสนใจเรื่องการดูนกเนื่องจากบิดาซึ่งเป็นนักธุรกิจเป็นนักดูนกสมัครเล่น เมื่ออายุ 12 ขวบวัตสันได้เข้าร่วมรายการ “ควิสคิดส์” ซึ่งเป็นรายการวิทยุที่เป็นที่นิยมกันมากในขณะนั้นซึ่งเป็นรายการสำหรับเด็ก “แก่แดด” หรือเด็กที่เก่งเกินวัยมาตอบคำถามยากๆ เมื่ออายุ 15 วัตสันได้เข้าเรียนในมหาวิทยาลัยชิคาโก โดยนโยบายเสรีของโดเบิร์ต ฮัทชินส์ อธิการบดีและนักการศึกษาผู้มีชื่อเสียงในขณะนั้น ในระหว่างเรียนวัตสันพยายามหลีกเลียงวิชาเคมีเท่าที่จะหลีกได้เพราะไม่ใคร่ชอบ แต่หลังจากการอ่านหนังสือเรื่อง “ชีวิตคืออะไร?” ของเอ็ดวิน โชรดินเจอร์ ในปี พ.ศ. 2489 วัตสันได้เปลี่ยนแนวทางการเรียนจากสาขา “ปักษีวิทยา” มาเป็น พันธุกรรมศาสตร์และได้รับปริญญาตรีด้านสัตววิทยา เมื่อ พ.ศ. 2490ปี
เจมส์ ดี. วัตสัน เกิดความสนใจในงานของซาลวาดอร์ ลูเรีย ซึ่งลูเรียได้ร่วมรับรางวัลโนเบลสำหรับ “งานทดลองลูเรีย-เดลบรูกค์” ที่เกี่ยวกับธรรมชาติของการกลายพันธุ์ ลูเรียเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มนักวิจัยที่กระจายกันออกไปใช้ประโยชน์จากการใช้ไวรัสไปติดเชื้อในตัวแบคทีเรียเพื่อจะได้ตรวจหาพันธุกรรมได้ ลูเรียและแมกซ์ เดลบรุกค์นับเป็นผู้บุกเบิกและเป็นผู้นำใน “กลุ่มไวรัสทำลายแบคทีเรีย” ที่นับเป็นกระบวนการสำคัญของนักพันธุกรรมศาสตร์ที่มาทางระบบการทดลอง เช่นการใช้โดรโซฟิลา (แมลงวันผลไม้ชนิดหนึ่ง) มาสู่พันธุกรรมจุลินทรีย์
ในต้นปี พ.ศ. 2491 วัตสันเริ่มงานวิจัยปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการทดลองของลูเรียที่มหาวิทยาลัยอินเดียนา และในฤดูร้อนนั้น วัตสันได้พบกับเดลบรุค ในอพาร์ตเมนต์ของลูเรีย และอีกครั้งในฤดูร้อนนั้น ในระหว่างการเดินทางไปเยือนหอทดลอง “โคลด์สปริง” “กลุ่มไวรัสทำลายแบคทีเรีย” เป็นตัวกลางเชื่อมกับพวกปัญญาชน ซึ่งวัตสันเองได้กลายเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่กำลังอยู่ในกระบวนการทำงาน ที่สำคัญคือสมาชิกของ “กลุ่มไวรัสทำลายแบคทีเรีย” มีความสำนึกว่าพวกตนกำลังต่างก็อยู่ในเส้นทางที่กำลังนำไปสู่การค้นพบธรรมชาติด้านกายภาพของยีนส์ ในปี พ.ศ. 2492 วัตสันลงวิชาเรียนกับเฟลิกซ์ เฮาโรวิวิทซ์ซึ่งรวมแนวคิดยุคนั้นที่ว่า: คือโปรตีนและยีนส์สามารถสำเนาสร้างตัวเองเพิ่มได้ องค์ประกอบสำคัญอีกอย่างหนึ่งของโครโมโซม คือ ดีเอ็นเอนั้นเข้าใจกันโดยหลายคนว่าเป็น “นิวคลีโอไทด์สี่หน้าที่โง่เง่า” ที่ทำหน้าที่เพียงการเป็นโครงสร้างรองรับโปรตีน อย่างไรก็ดี ในระยะเริ่มแรกนี้ วัตสัน ภายใต้อิทธิพลของกลุ่ม “กลุ่มไวรัสทำลายแบคทีเรีย” ได้ตระหนักถึงงานของออสวอลด์ เอเวรี ซึ่งแนะว่า ดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลพันธุกรรมโครงการวิจัยของวัตสันเกี่ยวข้องกับการใช้รังสีเอกซ์มาทำให้ไวรัสที่ทำลายแบคทีเรีย (phage) อ่อนตัวลง วัตสันได้จบการศึกษาระดับปริญญาเอกสาขาสัตววิทยาที่มหาวิทยาลัยอินเดียนาเมือ พ.ศ. 2493 และได้เดินทางไปยุโรปเพื่อทำงานวิจัยระดับหลังปริญญาเอก ตอนแรกรับหน้าที่เป็นหัวหน้าห้องทดลองทางชีวเคมีของเฮอร์มาน คัลคาร์ในในโคเปนเฮเกนผู้ซึ่งสนใจในกรดนิวคลีอิกและได้พัฒนาความสนใจในตัวไวรัสที่ทำลายแบคทีเรียเพื่อใช้เป็นระบบการทดลอง
เวลาของวัตสันที่อยู่ในโคเปนเฮเกนช่วยให้เกิดผลดีที่ตามมา วัตสันได้มีโอกาสทำการทดลองกับโอล มาอโล (สมาชิกคนหนึ่งในกลุ่ม “ไวรัสทำลายแบคทีเรีย”) ที่มียังคงความเชื่อมั่นว่าดีเอ็นเอคือโมเลกุลพันธุกรรมซึ่งวัตสันได้เรียนรู้การทดลองประเภทนี้มาก่อนแล้วในฤดูร้อนก่อนที่หอทดลองโคลด์สปริง การทดลองเกี่ยวกับการใช้ฟอสเฟตกัมมันต์เป็นตัวค้นหาแล้วพยายามชี้ว่าองค์ประกอบโมเลกุลของไวรัสทำลายแบคทีเรียอันใดที่ไป “ติด” เชื้อแบคทีเรียเป้าหมายที่กำลังถูกไวรัสทำลาย วัตสันไม่เคยร่วมพัฒนาใดๆ ในงานนี้กับคัลคาร์แต่ได้ไปร่วมประชุมกับคัลคาร์ที่อิตาลี และได้เห็นงานของมอริส วิลคินส์ที่กล่าวถึงข้อมูลดีเอ็นเอที่ได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ถึงตอนนี้ วัตสันค่อนข้างมั่นใจว่า ดีเอ็นเอมีโครงสร้างโมเลกุลชัดเจนที่สามารถแก้ปัญหาได้

โครงสร้างของดีเอ็นเอ

ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2494 วัตสันเริ่มงานที่หอคาร์เวนดิช ภาควิชาฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ที่ซึ่งวัตสันได้พบกับฟรานซิส คริก วัตสันและคริกได้ร่วมงานทางปัญญากันอย่างจริงๆ จังๆ ทำให้ทั้งสองคนสามารถค้นพบโครงสร้างของดีเอ็นเอได้ในเวลาเพียงปีครึ่ง คริกสามารถแก้ปัญหาทางคณิตศาสตร์และสร้างสมการที่กำกับทฤษฎีการเบนตัวของเกลียวได้ ส่วนวัตสันก็ได้รู้ผลหลักๆ ของดีเอ็นเอทั้งหมดของกลุ่ม “ไวรัสทำลายแบคทีเรีย” ปลายปี พ.ศ. 2494 มาแล้ว วัตสันและคริกได้เริ่มการติดต่อแลกเปลี่ยนความรู้อย่างไม่เป็นทางการกับวิลกินส์ ในเดือนพฤศจิกายน วัตสันได้เข้าร่วมสัมมนาที่จัดโดยโรซาลินด์ แฟรงคลิน ซึ่งเธอได้กล่าวถึงข้อมูลเกี่ยวกับการเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์ที่เธอร่วมงานกับเรย์มอนด์ โกสลิง ข้อมูลบ่งว่าดีเอ็นเอเป็นรูปเกลียวบางอย่าง หลังจากการสัมมนาระยะหนึ่ง วัตสันและคริกก็ได้สร้างหุ่นจำลองดีเอ็นเอที่คลาดเคลื่อนที่มีฟอสเฟตเป็นสันแกนอยู่ด้านในของโครงสร้างซึ่งแฟรงคลินแย้งว่าไม่อยู่ข้างในแต่จะต้องอยู่ข้างนอกแน่นอน ทั้งวัตสันและคริกก็ได้เห็นว่าเป็นเช่นนั้นจริงตามความเห็นของแฟรงคลิน และใช้ข้อมูลนี้มากำหนดโครงสร้างของเกลียว มอริส วิลคินส์เป็นผู้นำเอาการค้นพบของแฟรงคลินมาให้วัตสันและคริกโดยที่แฟรงคลินไม่ได้รับการแจ้งให้ทราบ ในปี พ.ศ. 2495 นักชีวเคมีหลายคนอย่าง อเลกซานเดอร์ ทอดด์ สามารถบ่งชี้รายละเอียดทางโครงสร้างเคมีของสันแกนดีเอ็นเอได้แล้ว
ระหว่างปี พ.ศ. 2495 คริกและวัตสันได้ถูกร้องขอไม่ให้ทำงานเพื่อสร้างหุ่นจำลองโครงสร้างของโมเลกุลดีเอนเอ โดยวัตสันถูกมอบงานที่เป็นทางการ โดยให้ไปทำการทดลองเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ที่มีต่อไวรัสใบยาสูบซึ่งเป็นไวรัสตัวแรกที่ค้นพบได้รับการบ่งชี้ (พ.ศ. 2429) และแยกบริสุทธิ์ได้ (พ.ศ. 2478) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเผยให้เห็นว่าผลึกของไวรัสนี้เกิดอยู่ในพืชที่ติดโรค จึงน่าจะเป็นไปได้ที่จะแยกไวรัสตัวนี้ออกมาศึกษาได้ โดยใช้การเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์ ได้มีการเก็บรวมรวมภาพไวรัสที่ได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์มาตั้งแต่ก่อนสงคราม ครั้นถึง พ.ศ. 2493 วัตสันก็สามารถสรุปจากภาพรังสีเอกซ์ทั้งหลายได้ว่าไวรัสโมเสกต้นยาสูบมีโครงสร้างเป็นเกลียว แม้จะมีงานที่ถูกมอบหมายให้ดังกล่าวอยู่แล้ว ความท้าทายในความน่าฉงนของดีเอ็เอก็มาล่อและเย้ายวนใจ และกับเพื่อน คือคริกก็ได้เริ่มร่วมกันคิดถึงโครงสร้างของดีเอนเอกันอีกครั้งหนึ่ง
ในเดือนเมษายน พ.ศ. 2495 ลูเรีย อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของวัตสันจะได้มาปาฐกถาในการประชุมในอังกฤษ แต่ลูเรียก็ถูกห้ามเดินทางด้วยเหตุการเมืองสงครามเย็น วัตสันจึงใช้เวลาตามกำหนดการของลูเรียบรรยายถึงเรื่องงานจองเขาเกี่ยวกับดีเอ็นเอกัมมันต์ และผลงานของกลุ่ม “ไวรัสทำลายแบคทีเรีย” ว่าวัสดุในไวรัสฟาจส์นั้นก็คือดีเอ็นเอนั่นเอง รายงานการประขุมบันทึกไว้ว่าวัตสันได้ถกเถียงอภิปรายในเรื่องต่างๆ ที่ได้มีการค้นพบก่อนหน้านั้นโดยนักวิจัยหลายคน เช่นเรื่องการคำนวณขนาดของโมเลกุลของดีเอ็นเอโดยใช้วิธีการเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์ ซึ่งสรุปจากผลการศึกษาหลายแหล่งรวมทั้งข้อมูลจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน พบว่า โมเลกุลของดีเอ็นเอมีขนาดประมาณ 2 นาโนเมตร
วัตสันและคริกได้ประโยชน์จากโชค 2 ชั้นที่เกี่ยวกับการเดินทาง คือเมื่อ พ.ศ. 2495 อย่างแรก จากการเดินทางมาอังกฤษ ของเออร์วิน ชาร์กาฟฟ์ เมื่อ พ.ศ. 2495 ที่สร้างแรงดลใจให้วัตสันและคริกศึกษาด้านชีวเคมีในนิวคลีโอไทด์ให้มากขึ้นซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์พื้นฐานอยู่ 4 ตัวคือ กวานายน์ (G) , ซายโตซีน (C) , อดีไนน์ (A) , และ ทายมีน (T) “สัดส่วนชาร์กาฟฟ์ ที่เรียกกันนั้น เป็นผลของการทดลองที่ได้แสดงให้เห็นแล้วว่าฐานของมันจับคู่อยู่ในดีเอ็นเอ ซึ่งในนั้นปริมาณของ G เท่ากับ C และปริมาณของ A เท่ากับ T เจอรี โดนาฮิวอธิบายให้วัตสันและคริกฟังเกี่ยวกับโครงสร้างที่ว่าถูกต้องมี 4 ฐาน การเดินทางครั้งที่ 2 เกี่ยวกับเหตุการณ์ที่แผนการเดินทางมาอังกฤษของไลนัส พอลิงถูกระงับด้วยเหตุผลของสงครามเย็น จึงไม่มีโอกาสเจาะเข้าถึงข้อมูลจากการเบนเลี้ยวของรังสีเอกซ์เกี่ยวกับดีเอ็นเอที่คิงส์คอลเลจ จนกระทั่งมีการตีพิมพ์ใน พ.ศ. 2496
ในปี พ.ศ. 2496 คริกและวัตสันก็ได้รับอนุญาตโดยผู้อำนวยการหอทดลองฯ ให้ดำเนินงานเรื่องดีเอ็นเอต่อได้ และวิลกินส์ก็ได้พยายามทำแบบจำลองดีเอ็นเอขึ้น

การประสบผลสำเร็จ

ส่วนสำคัญในความสำเร็จในส่วนของวัตสันได้แก่การค้นพบฐานคู่ของนิวคลีโอไทด์ซึ่งเป็นหัวใจหรือหน้าที่สำคัญสำหรับโครงสร้างและการทำงานของดีเอ็นเอ สิ่งสำคัญที่ทำให้การค้นพบเป็นผลสำเร็จคือการทำตามรูปแบบวิธีการของพอลิง คือเล่นอยู่กับหุ่นจำลองของดีเอ็นเอ
โดยที่ทั้งสองคนต้องคอยโรงซ่อมสร้างที่หอคาเวนดิชเพื่อสร้างหุ่นด้วยเครื่องมือจากดีบุก วัตสันจึงสร้างหุ่นจำลองเองจากกระดาษและมีดคัตเตอร์ ไม้บรรทัดและกาวเมื่อวันที่ 21 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2496 ประประสบความสำเร็จในการคันพบด้วยการตัดกระดาษ