查加夫一九五〇年的碱基比：Experientia 短文里的物种表

破除误解：不是配对几何，不是转化因子，也不是教材里的核酸章#

第一个误解，是把「A 接近 T、G 接近 C」读成已经证明碱基配对。查加夫自己写得很慢。短文说：到那时为止检查过的脱氧戊糖核酸里，总嘌呤对总嘧啶、腺嘌呤对胸腺嘧啶、鸟嘌呤对胞嘧啶，摩尔比都离 1 不远；至于这是不是比巧合更多，还不能说。没有氢键数目，没有互补链，没有纤维照片。分子间作用力 后来用来讲配对时的氢键，那是一九五三年模型的语言。本页只有组成。组成相等，可以来自重复的四核苷酸，也可以来自尚未画出的配对。相等本身不挑选几何。

第二个误解，是把本页读成艾弗里小组的续集，或把转化实验写成已经量过碱基比。一九四四年判决的是：改写肺炎链球菌荚膜型的那一馏分，化学上像 DNA。它不报告牛胸腺与禽结核杆菌的腺嘌呤/鸟嘌呤差了多少。查加夫在导言里提到艾弗里，当作近年兴趣的来源之一，随即声明本文不讨论模板、基质或再复制。鉴定分子种类，和测定该分子在物种间是否单调，是两张表。把两张表收成一句「DNA 实验」，会让人以为转化滴定已经打穿四核苷酸假说。打穿靠的是物种间的组成差。

第三个误解，是把本页读成核酸教材，或读成芳香杂环总览。教材要从糖、磷酸二酯、配对几何讲到螺距。芳香性总览要从离域讲到堆积。凯库勒一八六五年的对象是六元连通式：一取代一种，二取代三种。本页的四种碱基碰巧都是含氮杂环，定量问的却不是环上哪两个碳等价，而是水解之后四种游离碱基各占多少摩尔。把苯环的计数习惯提前写进碱基表，会把构造层的位置异构，误当成组成层的摩尔账。环可以先被写进连通表。摩尔比要另写一页。

对象：水解、层析、紫外定量，以及一张物种表#

查加夫要否定的定量句子，来自菲巴斯·莱文那一代的核酸化学。莱文的专著把旧四核苷酸假说写得很硬：DNA 是四种核苷酸等摩尔、轮流出现的单调聚合物。若这句话为真，任何物种、任何组织交出的 DNA，腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶都该各占四分之一。分析化学若只能报「四种碱基都在」，假说仍能活。要杀死它，必须报出比例，而且比例必须被允许随物种变。

短文把方法说成结构化学的前提，而不是操作手册。高聚物若不能被拆成可分开、可定量的构件，就只能停留在定性描述。嘌呤和嘧啶对酸的脾气不同。嘧啶核苷酸更难被切下来，过猛的酸又会把胞嘧啶推向尿嘧啶。查加夫用纸层析把水解产物分开，再用碱基在紫外区的特征吸收定量。色谱分离 在这里不是色素演示，是把四种氮杂环写成可剪开的斑点。光谱学 也不是给分子拍照，是把斑点的吸光度收成摩尔数。他写明：嘌呤定量的误差大约正负百分之四，嘧啶可以更好。回收率常常不到 1。牛制剂大约 0.84 到 0.94，酵母一份只有 0.76，禽结核杆菌 0.77。账没有在每一个磷原子上结清。比例是在这份不完全回收里读出来的。

数字的单位也要看清。表上报的是每摩尔磷对应多少摩尔碱基，不是把四种碱基强行加成百分之百。磷是骨架上的计数器。碱基加总若小于 1，缺的是尚未收回的氮，不一定是尚未发明的第五种主碱基。查加夫把未见异常含氮构件写成当时的观察，同时把 5-甲基胞嘧啶留作缺口。特异性一词在这篇里也很窄：组成对物种恒定、对器官不敏感，并且微生物与哺乳动物可以差出完全不同的腺嘌呤/鸟嘌呤。它不是「每种生物各有一种神秘核酸」，而是分析化学允许报告的那种差异。蛋白质早就被允许有物种差。核酸当时还没有这份许可。

表二是牛。胸腺、脾、肝的脱氧核糖核酸，按每摩尔磷计，腺嘌呤大约 0.25 到 0.30，胸腺嘧啶 0.24 到 0.25，鸟嘌呤 0.20 到 0.24，胞嘧啶 0.15 到 0.18。同一物种的不同器官，落在同一档。表三是人。精子两份制剂：腺嘌呤 0.29 与 0.27，胸腺嘧啶 0.31 与 0.30，鸟嘌呤 0.18 与 0.17，胞嘧啶都是 0.18。胸腺与肝，包括一例乙状结肠癌肝转移与邻近未受累肝组织，仍在这一档。器官差没有大于方法差。表四把哺乳动物放下，换酵母和禽结核杆菌。酵母一份腺嘌呤 0.30、胸腺嘧啶 0.29、鸟嘌呤 0.18、胞嘧啶 0.15；禽结核杆菌反过来：腺嘌呤 0.12、胸腺嘧啶 0.11、鸟嘌呤 0.28、胞嘧啶 0.26。同是四种碱基，摩尔图样已经不像同一种物质。

表五把差异收成可检验的比值。牛：腺嘌呤/鸟嘌呤 1.29，标准误 0.013；胸腺嘧啶/胞嘧啶 1.43。人：1.56 与 1.75。酵母：1.72 与 1.9。禽结核杆菌：两比都是 0.4。四核苷酸的定量版本要求这些比都是 1。它们不是。查加夫据此写出那句硬句：结果足以否定四核苷酸假说。同一段里他又把另一句写轻：嘌呤对嘧啶、腺嘌呤对胸腺嘧啶、鸟嘌呤对胞嘧啶，离 1 不远；是不是巧合，尚不可说。物种特异性写在腺嘌呤加胸腺嘧啶对鸟嘌呤加胞嘧啶的变化里。成对相近写在另一栏。两栏不要并成「已经证明互补」。

表六把同一物种的不同器官并排。牛的胸腺、脾、肝，腺嘌呤/鸟嘌呤都在 1.2 到 1.3。人的胸腺、精子、肝，都在 1.5 到 1.6。短文还报告：脱脂后人精子整体拿去分析，腺嘌呤/鸟嘌呤和胸腺嘧啶/胞嘧啶与纯化制剂同一档。这一对照要挡住的是：分离手续把某一种碱基洗掉了，表上的物种差只是手续差。整体与制剂重合，物种差才更像样品本身。查加夫因此说：不同物种抽出来的脱氧戊糖核酸，是不同的物质，或一组彼此接近、但对物种恒定的混合物。恒定的是物种，不是「所有 DNA」。

一九五二年，查加夫、利普希茨与格林在《生物化学杂志》第一九五卷给出更完整的海胆表。四种海胆属的脱氧戊糖核酸，腺嘌呤与胸腺嘧啶都高，鸟嘌呤与胞嘧啶都低，成对仍近 1，腺嘌呤加胸腺嘧啶对鸟嘌呤加胞嘧啶却明显高于牛。海胆不是一九五〇年短文的对象。它说明那张物种表后来被加厚，而不是被一笔几何草稿作废。短文里也写下限制：实验室所见的嘌呤是腺嘌呤与鸟嘌呤，嘧啶是胞嘧啶与胸腺嘧啶；微量的其他碱基，例如 5-甲基胞嘧啶，还不能排除。戊糖核酸里，尿嘧啶替换胸腺嘧啶。RNA 的表是另一章。本页的判决落在 DNA 的摩尔比。

反事实：若没有物种差，若把组成读成几何#

若分析只停在牛胸腺，四核苷酸假说的定量版本会受伤，却未必当场断气。牛的腺嘌呤/鸟嘌呤已经是 1.29，不是 1，但反对者仍可说：水解损失、回收不全、胞嘧啶不稳定，足以把 1.29 说成「大致等摩尔」的噪声。禽结核杆菌把同一套手续推到 0.4，酵母推到 1.7。噪声假说必须同时解释：为什么误差总是把人推向 1.56、把结核杆菌推向 0.4，而不在 1 附近随机抖动。物种差越大，把差说成手续的代价越高。

若世界上所有 DNA 的腺嘌呤/鸟嘌呤都是 1，同时又有腺嘌呤接近胸腺嘧啶、鸟嘌呤接近胞嘧啶，四核苷酸假说的定量句子反而更难被杀死。等摩尔四核苷酸本来就会交出 A=T=G=C。成对相等，在那句假说里是定理，不是发现。真正打穿假说的，是腺嘌呤加胸腺嘧啶对鸟嘌呤加胞嘧啶随物种变，而同一物种的器官几乎不变。物种间的 GC 含量变化，说的是「DNA 并不都一样」。它说的不是「所有 DNA 都一样」。后一句是假说；前一句是表。

若有人把「离 1 不远」读成已经看见两条链上的氢键，权限就被用超了。查加夫明确把巧合当作当时不能排除的读法。没有互补的几何，A 接近 T 也可以是尚未理解的代谢偏好，或水解与层析的系统偏差。腺嘌呤和鸟嘌呤都是嘌呤，胸腺嘧啶和胞嘧啶都是嘧啶，成对相近也可以被误读成「嘌呤对嘧啶刚好一比一」的代谢口号。短文把三句话分开写：总嘌呤对总嘧啶、腺嘌呤对胸腺嘧啶、鸟嘌呤对胞嘧啶。三句都近 1，仍不是空间里的贴合。一九五三年的模型把这组数字收成配对约束：腺嘌呤对胸腺嘧啶，鸟嘌呤对胞嘧啶。约束能用，不等于一九五〇年已经证明配对。配对是模型对衍射与组成同时负责的几何。本页没有衍射。本页也没有数出后来写进教材的两个氢键、三个氢键。

酵母核糖核酸的表在短文后半节。尿嘧啶替换胸腺嘧啶，摩尔图样也不是 1:1:1:1。那一张表不能拿来证明 DNA 的成对规则，更不能拿来证明 RNA 已经是双链。细胞里的 RNA 是混合物。混合物的平均值，解释不了后来才分开的转移 RNA 与核糖体 RNA。把 RNA 表读进本页的 DNA 判决，会把两种聚合物焊成一种「核酸比」。本页的硬句只针对脱氧戊糖核酸的等摩尔假说。

回收不全同样限制外推。若缺失的 0.1 到 0.24 摩尔磷对应一种未检出的第五碱基，成对相近可能被改写。查加夫说未见异常含氮构件，同时把 5-甲基胞嘧啶留作缺口。后来的分析把这个缺口补成许多真核 DNA 里的少数碱基，没有把物种间的腺嘌呤/鸟嘌呤差抹平，也没有把四核苷酸假说救活。缺口被补上，判决仍在：等摩尔重复不是 DNA 的通式。

它更没有称出复制。Meselson–Stahl 用氮的同位素称旧链与新链如何分到女儿分子。那张密度表默认 DNA 已经是遗传分子，并且两条链可以分开各做模板。一九五〇年的摩尔比既不鉴定转化因子，也不称密度。把半保留读进碱基表，会把八年后的离心机提前搬进纸层析。数字打穿的是「DNA 太简单、配不上基因」这句化学成见的定量版本。几何与复制会计，各有各的论文。

跨域连接#

• 艾弗里转化因子：那一篇用酶谱和元素比，把肺炎链球菌的转化因子写成 DNA 馏分。本页不滴定荚膜型，只问这种分子在物种之间是否等摩尔。鉴定种类，不自动给出组成；组成表也不替代失活谱。把一九四四年写成已经量过腺嘌呤对鸟嘌呤，会把尚未发表的层析斑点提前写进洛克菲勒的试管。
• 弗朗西斯·克里克：一九五三年的结构把查加夫已经印出的成对相近，收成两条链内侧的互补。克里克后来追问信息怎样流向蛋白质。本页停在「是否巧合还不能说」。把配对几何倒填进一九五〇年，会把查加夫自己写下的保留句删掉。数字是约束。几何是后到的模型。
• 梅塞尔森–斯塔尔：一九五八年称的是旧氮与新氮怎样分成重带、中间带和轻带。它需要互补链可以分开。互补链不是碱基表里的一栏。本页只证明不同物种的 DNA 不是同一张 1:1:1:1 的收据。没有物种差，单调聚合物仍可冒充基因填料；没有密度带，组成差仍不是复制手续。
• 核酸的化学：总览写糖、磷酸二酯、配对与堆积。本页只收一九五〇年那张物种表，以及它否定的等摩尔假说。把螺距、氢键数目和碱基堆积提前写进《Experientia》，会把两代结构化学焊成一篇短评。总览回答分子今天怎样被讲述；本页回答当时的分析化学凭什么先改口。
• 凯库勒一八六五年的苯环：公报上的六元连通式，用一取代一种、二取代三种去卡住碳四价。本页的碱基比不数环上位置，只数水解后的摩尔分数。苯环等价与 A 接近 T，不是同一种计数。把凯库勒的异构算术当成查加夫规则的预习，会把构造层的图形问题，误写成组成层的物种表。

参考文献#

1. Chargaff, E. “Chemical specificity of nucleic acids and mechanism of their enzymatic degradation.” Experientia, 6, 1950, 201–209. DOI: 10.1007/BF02173653
2. Chargaff, E., Vischer, E., Doniger, R., Green, C. & Misani, F. “The composition of the desoxypentose nucleic acids of thymus and spleen.” Journal of Biological Chemistry, 177, 1949, 405–416.
3. Vischer, E., Zamenhof, S. & Chargaff, E. “The composition of the desoxypentose nucleic acids of yeast and avian tubercle bacilli.” Journal of Biological Chemistry, 177, 1949, 429.
4. Chargaff, E., Lipshitz, R. & Green, C. “Composition of the desoxypentose nucleic acids of four genera of sea-urchin.” Journal of Biological Chemistry, 195, 1952, 155–160.
5. Levene, P. A. & Bass, L. W. Nucleic Acids. New York: Chemical Catalog Company, 1931.

延伸阅读#

• Vischer, E. & Chargaff, E. “The separation and quantitative estimation of purines and pyrimidines in minute amounts.” Journal of Biological Chemistry, 176, 1948, 703–714. 层析与紫外定量的方法前史，不是本页对象。
• Wyatt, G. R. “The purine and pyrimidine composition of deoxypentose nucleic acids.” Biochemical Journal, 48, 1951, 584–590. 5-甲基胞嘧啶进入分析之后的复核。
• 与 Avery–MacLeod–McCarty、核酸的化学 对读：鉴定、组成、几何是三张表，不要收成一句「DNA 发现」。