1946年,沃森受薛定谔的《生命是什麼》影響,對遺傳學産生了興趣。後在導師盧裡亞的指導下,沃森開始研究X射線對噬菌體增殖的影響。1951年秋,沃森和克裡克在卡文迪什實驗室相識,決定共同研究DNA分子的結構,并确定了提出一個結構模型的目标。
但沃森和克裡克的研究一直沒有進展,直到1951年威爾金斯發表了關于DNA晶體衍射分析的階段性學術報告,以及富蘭克林于1952年拍攝的一張非常清晰的B型DNA衍射照片。這份報告和照片使兩人決定使用X射線晶體衍射分析生物大分子研究,并猜想DNA可能是雙螺旋結構。
此後,沃森和克裡克在與威爾金斯、富蘭克林的相互協作下,經過不懈研究,終于在1953年建立DNA雙螺旋結構的分子模型。同年英國的《自然》雜志刊登了他們的研究成果。
沃森和克裡克的成就後來被譽為20世紀以來生物學方面最偉大的發現。DNA分子雙螺旋結構模型的建立,标志着人類對遺傳和變異現象的研究進入到分子水平,也由此開創了遺傳學研究的新時代。
1962年,因發現核酸的分子結構及其在生命物質中傳遞信息的重要意義,沃森、克裡克與威爾金斯獲得了諾貝爾醫學或生理學獎。
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