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詹姆斯·沃森 发表评论(0) 编辑词条

詹姆斯·沃森(出生于1928年)美国生物学家,15岁时进人芝加哥大学学习,19岁毕业;22岁在印第安纳大学获博士学位。1951年,23岁的沃森来到英国剑桥大学。1953年4月25日,年仅25岁的沃森与合作伙伴克里克在《自然》杂志上发表了仅两页的论文,提出了DNA的双螺旋结构和自我复制机制。1962年,沃森和克里克因提出脱氧核糖核酸DNA的双螺旋模型而获诺贝尔生理学或医学奖。
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辉煌人生编辑本段回目录

问题
  20世纪40年代末和50年代初,在DNA被确认为遗传物质之后,生物学家们不得不面临着一个难题:DNA应该有什么样的结构,才能担当遗传的重任?它必须能够携带遗传信息,能够自我复制传递遗传信息,能够让遗传信息得到表达以控制细胞活动,并且能够突变并保留突变。这4点,缺一不可,如何建构一个DNA分子模型解释这一切?
竞争
  当时主要有三个实验室几乎同时在研究DNA分子模型。第一个实验室是伦敦国王学院的威尔金斯、弗兰克林实验室,他们用X射线衍射法研究DNA的晶体结构。当X射线照射到生物大分子的晶体时,晶格中的原子或分子会使射线发生偏转,根据得到的衍射图像,可以推测分子大致的结构和形状。第二个实验室是加州理工学院的大化学家莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)实验室。在此之前,鲍林已发现了蛋白质的a螺旋结构。第三个则是个非正式的研究小组,事实上他们可说是不务正业。23岁的年轻的遗传学家沃森于1951年从美国到剑桥大学做博士后时,虽然其真实意图是要研究DNA分子结构,挂着的课题项目却是研究烟草花叶病毒。比他年长12岁的克里克当时正在做博士论文,论文题目是“多肽和蛋白质:X射线研究”。沃森说服与他分享同一个办公室的克里克一起研究DNA分子模型,他需要克里克在X射线晶体衍射学方面的知识。他们从1951年10月开始拼凑模型,几经尝试,终于在1953年3月获得了正确的模型。关于这三个实验室如何明争暗斗,互相竞争,由于沃森一本风靡全球的自传《双螺旋》而广为人知。值得探讨的一个问题是:为什么沃森和克里克既不像威尔金斯和弗兰克林那样拥有第一手的实验资料,又不像鲍林那样有建构分子模型的丰富经验(他们两个人都是第一次建构分子模型),却能在这场竞赛中获胜?
偶然建立的模型
  这些人中,除了沃森,都不是遗传学家,而是物理学家或化学家。威尔金斯虽然在1950年最早研究DNA的晶体结构,当时却对DNA究竟在细胞中干什么一无所知,在1951年才觉得DNA可能参与了核蛋白所控制的遗传。弗兰克林也不了解DNA在生物细胞中的重要性。鲍林研究DNA分子,则纯属偶然。他在1951年11月的《美国化学学会杂志》上看到一篇核酸结构的论文,觉得荒唐可笑,为了反驳这篇论文,才着手建立DNA分子模型。他是把DNA分子当作化合物,而不是遗传物质来研究的。这两个研究小组完全根据晶体衍射图建构模型,鲍林甚至根据的是30年代拍摄的模糊不清的衍射照片。不理解DNA的生物学功能,单纯根据晶体衍射图,有太多的可能性供选择,是很难得出正确的模型的。
从事遗传学研
  究 沃森在1951年到剑桥之前,曾经做过用同位素标记追踪噬菌体D詹姆斯·沃森NA的实验,坚信DNA就是遗传物质。据他的回忆,他到剑桥后发现克里克也是“知道DNA比蛋白质更为重要的人”。但是按克里克本人的说法,他当时对DNA所知不多,并未觉得它在遗传上比蛋白质更重要,只是认为DNA作为与核蛋白结合的物质,值得研究。对一名研究生来说,确定一种未知分子的结构,就是一个值得一试的课题。在确信了DNA是遗传物质之后,还必须理解遗传物质需要什么样的性质才能发挥基因的功能。像克里克和威尔金斯,沃森后来也强调薛定谔的《生命是什么?》一书对他的重要影响,他甚至说他在芝加哥大学时读了这本书之后,就立志要破解基因的奥秘。如果这是真的,我们就很难明白,为什么沃森向印第安那大学申请研究生时,申请的是鸟类学。由于印第安那大学动物系没有鸟类学专业,在系主任的建议下,沃森才转而从事遗传学研究。当时大遗传学家赫尔曼·缪勒(Hermann Muller)恰好正在印第安那大学任教授,沃森不仅上过缪勒关于“突变和基因”的课(分数得A),而且考虑过要当他的研究生。但觉得缪勒研究的果蝇在遗传学上已过了辉煌时期,才改拜研究噬菌体遗传的萨尔瓦多·卢里亚(Salvador Luria)为师。但是,缪勒关于遗传物质必须具有自催化、异催化和突变三重性的观念,想必对沃森有深刻的影响。正是因为沃森和克里克坚信DNA是遗传物质,并且理解遗传物质应该有什么样的特性,才能根据如此少的数据,做出如此重大的发现。
根据的数据仅有三条
  他们根据的数据仅有三条:第一条是当时已广为人知的,即DNA由6种小分子组成:脱氧核糖,磷酸和4种碱基(A、G、T、C),由这些小分子组成了4种核苷酸,这4种核苷酸组成了DNA.第二条证据是最新的,弗兰克林得到的衍射照片表明,DNA是由两条长链组成的双螺旋,宽度为20埃。第三条证据是最为关键的。美国生物化学家埃尔文·查戈夫(Erwin Chargaff)测定DNA的分子组成,发现DNA中的4种碱基的含量并不是传统认为的等量的,虽然在不同物种中4种碱基的含量不同,但是A和T的含量总是相等,G和C的含量也相等。
两队碱基的含量相等
  查加夫早在1950年就已发布了这个重要结果,但奇怪的是,研詹姆斯·沃森究DNA分子结构的这三个实验室都将它忽略了。甚至在查加夫1951年春天亲访剑桥,与沃森和克里克见面后,沃森和克里克对他的结果也不加重视。在沃森和克里克终于意识到查加夫比值的重要性,并请剑桥的青年数学家约翰·格里菲斯(John Griffith)计算出A吸引T,G吸引C,A+T的宽度与G+C的宽度相等之后,很快就拼凑出了DNA分子的正确模型。
公布DNA模型
  沃森和克里克在1953年4月25日的《自然》杂志上以1000多字和一幅插图的短文公布了他们的发现。在论文中,沃森和克里克以谦逊的笔调,暗示了这个结构模型在遗传上的重要性:“我们并非没有注意到,我们所推测的特殊配对立即暗示了遗传物质的复制机理。”在随后发表的论文中,沃森和克里克详细地说明了DNA双螺旋模型对遗传学研究的重大意义:一、它能够说明遗传物质的自我复制。这个“半保留复制”的设想后来被马修·麦赛尔逊(Matthew Meselson)和富兰克林·斯塔勒(Franklin W.Stahl)用同位素追踪实验证实。二、它能够说明遗传物质是如何携带遗传信息的。三、它能够说明基因是如何突变的。基因突变是由于碱基序列发生了变化,这样的变化可以通过复制而得到保留。
遗传信息如何控制细胞活动
  但是遗传物质的第四个特征,即遗传信息怎样得到表达以控制细胞活动呢?这个模型无法解释,沃森和克里克当时也公开承认他们不知道DNA如何能“对细胞有高度特殊的作用”。不过,这时,基因的主要功能是控制蛋白质的合成,这种观点已成为一个共识。那么基因又是如何控制蛋白质的合成呢?有没有可能以DNA为模板,直接在DNA上面将氨基酸连接成蛋白质?在沃森和克里克提出DNA双螺旋模型后的一段时间内,即有人如此假设,认为DNA结构中,在不同的碱基对之间形成形状不同的“窟窿”,不同的氨基酸插在这些窟窿中,就能连成特定序列的蛋白质。但是这个假说,面临着一大难题:染詹姆斯·沃森色体DNA存在于细胞核中,而绝大多数蛋白质都在细胞质中,细胞核和细胞质由大分子无法通过的核膜隔离开,如果由DNA直接合成蛋白质,蛋白质无法跑到细胞质。另一类核酸RNA倒是主要存在于细胞质中。RNA和DNA的成分很相似,只有两点不同,它有核糖而没有脱氧核糖,有尿嘧啶(U)而没有胸腺嘧啶(T)。早在1952年,在提出DNA双螺旋模型之前,沃森就已设想遗传信息的传递途径是由DNA传到RNA,再由RNA传到蛋白质。在1953~1954年间,沃森进一步思考了这个问题。他认为在基因表达时,DNA从细胞核转移到了细胞质,其脱氧核糖转变成核糖,变成了双链RNA,然后再以碱基对之间的窟窿为模板合成蛋白质。这个过于离奇的设想在提交发表之前被克里克否决了。克里克指出,DNA和RNA本身都不可能直接充当连接氨基酸的模板。遗传信息仅仅体现在DNA的碱基序列上,还需要一种连接物将碱基序列和氨基酸连接起来。这个“连接物假说”,很快就被实验证实了。
分子遗传学理论的诞生
  1958年,克里克提出了两个学说,奠定了分子遗传学的理论基础詹姆斯·沃森。第一个学说是“序列假说”,它认为一段核酸的特殊性完全由它的碱基序列所决定,碱基序列编码一个特定蛋白质的氨基酸序列,蛋白质的氨基酸序列决定了蛋白质的三维结构。第二个学说是“中心法则”,遗传信息只能从核酸传递给核酸,或核酸传递给蛋白质,而不能从蛋白质传递给蛋白质,或从蛋白质传回核酸。沃森后来把中心法则更明确地表示为遗传信息只能从DNA传到RNA,再由RNA传到蛋白质,以致在1970年发现了病毒中存在由RNA合成DNA的反转录现象后,人们都说中心法则需要修正,要加一条遗传信息也能从RNA传到DNA.事实上,根据克里克原来的说法,中心法则并无修正的必要。
遗传奥秘——密码表
  碱基序列是如何编码氨基酸的呢?克里克在这个破译这个遗传密码的问题上也做出了重大的贡献。组成蛋白质的氨基酸有20种,而碱基只有4种,显然,不可能由1个碱基编码1个氨基酸。如果由2个碱基编码1个氨基酸,只有16种(4的2次方)组合,也还不够。因此,至少由3个碱基编码1个氨基酸,共有64种组合,才能满足需要。1961年,克里克等人在噬菌体T4中用遗传学方法证明了蛋白质中1个氨基酸的顺序是由3个碱基编码的(称为1个密码子)。同一年,两位美国分子遗传学家马歇尔·尼伦伯格(Marshall Nirenberg)和约翰·马特哈伊(John Matthaei)破解了第一个密码子。到1966年,全部64个密码子(包括3个合成终止信号)被鉴定出来。作为所有生物来自同一个祖先的证据之一,密码子在所有生物中都是基本相同的。人类从此有了一张破解遗传奥秘的密码表。
评价
  DNA双螺旋模型(包括中心法则)的发现,是20世纪最为重大的科学发现之一,也是生物学历史上惟一可与达尔文进化论相比的最重大的发现,它与自然选择一起,统一了生物学的大概念,标志着分子遗传学的诞生。这门综合了遗传学、生物化学、生物物理和信息学,主宰了生物学所有学科研究的新生学科的诞生,是许多人共同奋斗的结果,而克里克、威尔金斯、弗兰克林和沃森,特别是克里克,就是其中最为杰出的英雄。

双螺旋结构的发现编辑本段回目录

  发现双螺旋结构之前,科学家对生命现象进行了长期的思考和研究:是什么因素使人类能够一代一代地将遗传特性保持下去?为什么人生人,老鼠生老鼠,人不会生出老鼠或其他詹姆斯·沃森不像人的东西?   时间回到1953年的2月。当时,刚刚迈出校门不久的病毒学博士沃森和不得志的物理研究生克里克通过一位朋友,偶然机会看到了英国伦敦大学一名女实验科学家罗莎琳德·富兰克林在1951年11月拍摄的一张十分漂亮的DNA晶体X射线衍射照片,这一下激发了他们的灵感。他们不仅确认了DNA一定是螺旋结构,而且分析得出了螺旋参数,并且分析得出:“磷酸根在螺旋的外侧构成两条多核苷酸链的骨架,方向相反;碱基在螺旋内侧,两两对应。”一连几天,沃森和克里克在他们的办公室里兴高采烈地用铁皮和铁丝搭建着模型。1953年2月28日,第一个DNA双螺旋结构的分子模型终于诞生了。当天,克里克兴奋地冲进英格兰剑桥大学的雄鹰酒馆,在那里他向一群困惑的听众宣布,他和沃森发现了“生命的秘密”。4月25日,他们的发现在《自然》杂志出版,9年后,两人获得了诺贝尔奖。   而此时,女实验科学家、犹太人富兰克林由于长期受X射线的影响,已于4年前得卵巢癌去世,享年仅37岁。富兰克林生前非常有个性,经常对人尖锐批评,沃森和克里克也尝过她的苦头。   沃森在1968年出版的《双螺旋》一书中,满怀感情地写道:“现詹姆斯·沃森在有必要阐述一下她所取得的成就……只是在多年之后,我们才逐渐理解了这位才华横溢的妇女。她为了取得科学界的承认进行了长期的奋斗……在意识到自己的生命垂危时……她还在不遗余力地从事着高水平的工作。富兰克林这种勇敢的精神和高贵的品质是值得我们学习的。”   双螺旋结构发现前,曾有很多当年享誉盛名的团队和富有竞争力的科学家参与发现的竞争,但为何桂冠最后偏偏落在看起来最不可能的年轻沃森和不得志的克里克头上?   “执着和富有预见性。”一名熟悉沃森这段往事的美国基因科学家这样认为。失败者有失败的各种原因,成功者有成功的相同因素。50多年后,像沃森当年一样年轻的人们,怀着各种各样的梦想去闯荡,如果执着追求,独立好思,又具有很好的预见判断性,敢于冒险,成功怎能会不来到?

詹姆斯-沃森:写作让我保持科学家身份编辑本段回目录

  詹姆斯·沃森(James Watson)是20世纪生物学领域最重要的科学家之一。如今妇孺皆知的“双螺旋”就是他与英国科学家克里克共同发现的。这个发现彻底改变了生物学的进程,奠定了后半世纪包括基因谱在内的人类多项重大科研发现的基础。他们也因此获得1962年的诺贝尔生理学和医学奖。

  沃森的命运从此改变。在随后的日子里,他一直是科学界的明星,甚至成为第一个获得自己基因图谱的人。与此同时,沃森的科学写作也彻底改变了科学写作的方式,他在代表作、经典的《双螺旋》中纪录了半世纪前那场针对DNA结构发现的惊心动魄的科学竞争过程。最近刚出了中文版的《DNA》也同样是经典之作。

  他也始终被争议团团包围。争议从女科学家罗萨琳·富兰克林开始。当日,沃森的实验使用了大量富兰克林所在的国王学院的数据。她也指出过两人研究中的错误,却始终拒绝与他们合作。后来,富兰克林因病去世,与诺奖失之交臂。沃森虽然在获奖后向很多人致谢却惟独没有提到她。沃森对人种的言论曾引起巨大的争议。这甚至是他辞去实验室领导职务的导火索。

  沃森注定会成为媒体的焦点。但就在他身上,我们能看到现代科学界竞争与合作的集合,看到了科学研究与常世伦理的分歧,看到了科学在不断进程中遇到的各种复杂社会关系。

  关于写作

  “我的首要身份是作家”

  新京报:你是当今生物学界最有声誉的科学家之一。但你却写了很多给普通读者看的科学书。你不觉得在浪费时间吗?

  沃森:我喜欢写书。我不是通过实验,而是通过写作来保持我的科学家身份的(笑)。写作让我成为一个积极的科学家,因为你必须得了解科学才能写出好的作品,我的首要身份是一个作家。

  新京报:新近推出中文版的《DNA》一书,讲到了很多遗传学在进步过程中发生的有趣故事。其中你印象最深的是什么?

  沃森:印象最深的当然是我和克里克合作发现DNA双螺旋结构(笑)。这个发现改变了我的一生。它被公认为是上世纪生物学领域最重要的发现,不仅对我影响最深,对于之后的整个科学的影响都是最大的。我们的工作之前,达尔文的发现、孟德尔的观点,然后是染色体的发现,这是DNA结构发现之前主要的三个事件。

  新京报:你是世界上第一个获得自己基因图谱的人,你还建议一些明星贡献出基因以供科学研究。如果在中国选这样一个明星,你会选谁,姚明?

  沃森:首先应该选老人。年轻人可能会得到一些令他们担心的信息,我们可能并不知道该向他们解释。这是我的想法。当我的基因图谱完成的时候,我说,应该先公开80岁以上的人的基因谱。现在我觉得50岁以上就可以了。姚明还是太年轻了。

  中国现在已经做出了一些人的基因图谱,但是并没有公开他们的身份。我觉得公开他们是谁是很重要的。

  关于基因技术

  “我不担心老年痴呆症了”

  新京报:在中国人当中,存在广泛的转基因恐惧,你怎么看?

  沃森:如果我们能够把不好的基因改成好的基因,这将是很棒的事情。我一点都不担心克隆,或者改变人类基因的技术。人类肯定是为了人的广大利益在发展技术,不能因为担心有人会把技术使坏而放弃它。我不会担心。

  我现在做的是治疗癌症,假如你有一个遗传性疾病,当然希望有人能改善基因,治疗这个疾病。我们更应该关注治疗遗传疾病,而不是担心技术变坏。

  新京报:你公开了你的DNA基因谱,除了其中的一小段。那一小段是什么?你对隐私公开的容忍极限是什么?

  沃森:那是一段和老年痴呆症有关的基因。我当时说,我想知道自己会不会得老年痴呆症,也不希望别人知道。现在我乐观多了,不担心老年痴呆症了(笑)。

  有人可能有不好的基因,存在遗传疾病等。你得让人们自己决定自己基因的公开状况。我鼓励知识共享,但必须得尊重隐私。

  新京报:会出现基于人种的药物吗?

  沃森:当然。这意味着可以根据不同的基因疾病订制不同的药物。在中国,有一种特别的中国式的蛋白质,可以让中国人患老年痴呆症更晚点,你们担心患老年痴呆症的年纪比我们更晚一些(笑)。因此,必须将这些个体差异考虑进去。

  新京报:这是你说的“个人订制药物”的时代吗?

  沃森:我更愿用“基于基因”(gene-based),而不是“基于人种”(race-based)的药物。“人种”是个很不好的词,我们现在该说个体。100年前,我们不知道基因,只能说中国人,爱斯基摩人……注意到有的疾病在有的国家更普遍,但现在,这个词应该更具体些,你是“中国人”并不等于说你完全拥有“中国特征”,得看你的DNA。我们不喜欢用“人种”这个词,我们喜欢说个体化的制药,即找到个体的基因差别,再量身定做药物。

  新京报:人类有望彻底攻克癌症吗,分子生物学会在其中起什么样的作用?

  沃森:是的。我们一定会从分子层面知道到底是什么导致了癌症。这是因为我们可以克隆癌症细胞,让基因分离,看其会发生什么变化,从而知道是什么导致了疾病。我不会说我们一定会解决癌症,但是如果人类足够努力,路子走得对,那么接下来的10年内,我们可以控制一些主要的癌症。

  我们的进展已经很快了,希望能够在2020年取得胜利。从上世纪70年代算起,我们已经做了40年了。很长一段时间我一直很悲观,因为我并不知道到底哪儿出错了。现在我们可能可以知道主要的问题在哪儿了。这是我现在最主要的兴趣点。

  关于科学家

  “阻碍女性成功的是她自己”

  新京报:关于DNA结构的研究,你和克里克最后成功了,而女科学家富兰克林却没有。你觉得科学更多是因为竞争还是合作推动的?

  沃森:我曾在一本书中说,首先,你得了解你的竞争对手,然后必须和他们做朋友。竞争是重要的,获胜也是重要的,但不代表你不能和对手成为朋友。科学是竞争和合作两者一起推动的。

  富兰克林没发现DNA结构,其中重要的一点是她不知道该如何应付对手。她不和对手说话,因此她得不到帮助。我和对手说话,我得到了帮助。科学家必须要懂得社交,不懂得交朋友的人做科学非常难。

  新京报:但富兰克林生活在一个女性做科研相对较难的时代。

  沃森:我觉得,现在阻碍女性成功的就是女性自己。这是女性自己的选择。她们是想要和家庭在一起?想要孩子?还是想待在实验室里?在美国,做科学的机会对女人和对男人都是一样的,所以真正的障碍来自她们自身。我一直都想工作,我或许不该说这个,但我对小孩没有一点兴趣。

  新京报:最近文特尔“人造生命”的工作引起了媒体的关注,你怎么看他的工作?人类离控制遗传或者制造生命还有多远?

  沃森:还是不要评价比较好。现在我们能做的是重组我们已有的基因,我们可以改变基因,文特尔只是在更大范围内能做到这点而已。我觉得现在做评价还有点早,或许10年后可以来评价吧。

  本版采写/本报记者 金煜

  感谢冷泉港亚洲为本次采访所提供的大量协助。

“DNA之父”詹姆斯·沃森:科学要踏实而实际编辑本段回目录

DNA之父”詹姆斯·沃森来到中科院上海生命科学院进行学术访问。

  4月8日下午,记者目睹了研究生们一次非常特别的“追星”场景,拍照、录像,还有请教其成功经验。上海生科院可容纳300多人的阶梯式双层会堂破天荒地被挤得水泄不通,现场共有600多人,不仅座位全部坐满,连走道都站满了仰慕者,有的学生甚至坐到了讲台的台阶上。

  “选择稍领先于所处时代的课题”、“专注于几年中预期有突破的工作”、“找一个与你水平相当的搭档”,是沃森认为获得成功的关键。

  沃森说,科学要踏实而实际。“我对外星生命的理论不感兴趣,对于神和哲学也没兴趣。因为它们过于虚无缥缈。”他之所以会关注DNA,是因为“解开遗传密码,可能帮助人们治愈某些疾病”。同时,他鼓励年轻人提出一些重要问题。当被问及“怎样才能提出这样的问题”,他说,自己在研究生三年级时曾提出一个观点,尽管最后被证明是错的,可最重要的是,“我是第一个提出这个观点的人”。“你从事这个领域的研究,你认为重要的就应该提出,即使被别人无视。我在科学上的成功,可以归功于我对‘什么是重要的’有很好的把握和感觉。”

  “与强有力的竞争者保持紧密联系”、“保持谦逊”、“随时得有‘救星’”,沃森在与研究生们座谈时说,越来越多的科学研究要靠合作来完成。他勉励青年学子要有目标,要踏实,一步一个脚印地前进,最后总会成功的。

  沃森是美国科学院院士、英国皇家学会会员,还被英国王室封为“骑士”。受父亲影响,他喜欢观鸟,15岁时入读大学,因接触科普名著《何谓生命》,将兴趣从候鸟迁徙转到分子遗传学。1953年,还在读博士后的他,与一位年长他10多岁的博士生——克里克,共同在《自然》杂志上发表千字短文及一幅插图,首创DNA双螺旋结构学说。9年后,这对“黄金搭档”摘得诺贝尔奖。此后,沃森倾注毕生精力经营著名的纽约冷泉港实验室,还与同行发起了绘制生命天书、破译遗传密码的“人类基因组计划”。

  沃森的科学人生没有停留在诺奖,也并不限于西方。他回忆说,早在上世纪50年代,他就在剑桥大学结识了中国生化学家、人工合成结晶牛胰岛素的领衔者之一王应睐。

  上世纪80年代初,沃森首次访华,来到当时的中科院上海生化所与老友重逢。王应睐住所小而简陋,但沃森却在这里度过了访华最愉快的时光——两人在小桌子上以描画分子结构笔谈对话。此后,沃森对中国科学信心倍增。20多年后,当他2006年第二次来华时,王应睐已辞世。但中国人已与其他5国科学家一起,成功测绘出第一张人类基因组框架图,为世界生命科学界作出了重大贡献。

  4月9日上午,沃森在中科院上海生科院内向王应睐铜像敬献鲜花。沃森表示:“我相信中国必将在世界科学版图上占有更加重要的地位。”(黄辛 钱可扬)

参考文献编辑本段回目录

http://tech.sina.com.cn/d/2010-06-13/02334307442.shtml


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标签: 詹姆斯·沃森

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同义词: James Watson

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