在迷你剧《化学课》中，化学家伊丽莎白·佐特向一群西装革履、戴着眼镜的同行介绍自己关于核苷酸从头合成（de novo nucleotide synthesis）的研究。“与氨基研究组不同，”佐特说，“我们从一个基本假设出发：生命的根本基础是 DNA，而不是蛋白质。”评议小组对这个看似荒谬的说法嗤之以鼻。她的部门主管认定，研究 DNA 是条“死胡同”，而佐特从零开始合成 DNA 的方法“不过是个派对上的小把戏”。佐特的提案遭到了否决。
佐特是虚构的人物，但这场科学争论确实发生过。如今，世界各地的生物课堂都会讲授 DNA 编码遗传信息这一事实，但直到 20 世纪 40 年代末，这仍是个不入主流的观点。当时，大多数科学家相信基因是由蛋白质构成的。詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克因为发现 DNA 的双螺旋结构，如今已家喻户晓；但这项发现之所以重要，是因为更早的研究已确立：承载遗传信息的是 DNA，而不是蛋白质。做出这项更为根本的发现的科学家，却常常被人忽略。
促成这项发现的生物同样出人意料：细菌。当时，很少有科学家认为细菌能为遗传学提供什么有价值的东西，连微生物学家也不例外。许多人甚至怀疑细菌到底有没有基因！那些在显微镜下游动的原始小团块，被认为不过是装满酶的小袋子，是一种截然不同的生命。因此，当现代遗传学的关键发现出自一位微生物学家、而非遗传学家之手时，人们十分惊讶。
双亲传递了什么
自然选择推动的进化有一个前提：生物能从双亲那里遗传特征。1859 年达尔文发表《物种起源》时，遗传早已不是什么新鲜概念。农民利用遗传已有数百年，通过选育，让牲畜和作物具有想要的性状。但在当时，不论是达尔文还是其他任何人，都无法解释性状究竟如何从亲代传给子代。
遗传中充满了神秘的规律：肤色往往像是父母双方的混合，眼睛的颜色却可能与任何一方都不同，而子女的性别只与父母中的一方相同。怎样解释这些差异？当时有不少理论，包括达尔文自己提出的暂定假说“泛生论”（pangenesis）：身体里的每个细胞都会释放被称为“微芽”（gemmules）的微小颗粒，这些颗粒来到生殖器官，再传给后代。然而，没有谁能拿出令人信服的证据，说明其中某个理论比其他理论更站得住脚。
也不是没有谁。有一位不太为人所知的奥地利修士，名叫格雷戈尔·孟德尔。孟德尔的豌豆实验表明，遗传取决于从亲代传给子代的一个个独立因子。有些性状，比如豌豆表面皱缩而非光滑，会先消失，又在后来的世代中重新出现。如果性状只是双亲性状的简单混合，这种现象便不可能发生。孟德尔的研究在他生前未受重视，但在 1900 年，三位植物学家各自重新发现并证实了他的研究结果。到了 1909 年，这些因子有了一个名字：基因。不过，这个词最初的含义与今天大不相同。创造这个词的威廉·约翰森明确反对把基因视为物质颗粒，而是将其理解为一种化学或生理过程。
遗传学家托马斯·亨特·摩尔根曾猜想，基因或许是一个“化学分子”，也可能是“数量不断变化的某种东西”，但他的结论是：“目前我看不出有什么办法能够判定。”到 1933 年，这种困惑仍未消除。摩尔根在诺贝尔奖演讲中写道：“对于基因究竟是什么，是真实存在的，还是纯属虚构，遗传学家们尚无共识。”
当时，一个普遍的假设是：遗传信息一定编码在蛋白质中，而不是 DNA 中。蛋白质由称为氨基酸的较简单分子组成；氨基酸像珠子穿成一串那样依次相连，形成长链。每个位置都有 20 种不同的氨基酸可选，就像字母表里的字母，因此，即使是很短的蛋白质序列，也能产生天文数字般的组合。相比之下，DNA 的字母表只有四个“字母”，分别由四种叫作核苷酸的较简单分子构成；它们依次连接，形成 DNA 链。今天，与计算机只使用 1 和 0 的二进制语言相比，四个字母的字母表或许已经算得上奢侈。但信息论（information theory）虽然最终会影响生物学家的思考方式，这种影响真正扎根却还要再等几十年。
而且，当时最有力的证据似乎表明，在所有生物中，DNA 的四个字母比例相等，并以重复的区块排列。这样单调的分子或许可以承担结构功能，却肯定无法承载信息。由物理学转向生物学的马克斯·德尔布吕克嘲讽 DNA 是“一种如此愚蠢的物质”，道出了当时许多人的心声。
几十年来，遗传学家一直困在原地。要确立因果关系，他们需要证明，某种化学物质能够使细胞发生可预测、可遗传的改变。理想中的实验，是从一种生物体内分离、纯化 DNA 或蛋白质，再将其导入另一种生物，观察是否出现可遗传的变化。但生物无法从环境中摄取遗传物质，至少他们当时是这么想的。细菌实验即将推翻这个假设。
意想不到的答案
在 20 世纪早期的大部分时间里，关于细菌变异与遗传的研究都混乱得令人绝望。直到 1942 年，生物学家朱利安·赫胥黎在把孟德尔遗传学与达尔文自然选择学说结合起来的理论中，仍将细菌排除在外，理由是“它们没有基因”。细菌似乎不太可能为遗传学贡献什么。
然而，在 1928 年，英国细菌学家弗雷德里克·格里菲思发表了一篇震惊世界各地研究者的论文。格里菲思当时正在研究导致肺炎的肺炎球菌，以及一种前景可期的新疗法，叫作“血清疗法”：用感染后存活下来的患者体内富含抗体的血清治疗其他患者。但肺炎球菌之间的细微差异，使得针对一种感染的血清对其他感染不起作用，因此，科学家将肺炎球菌分为不同的“血清型”（serotypes），即 I、II、III 和 IV 型。肺炎球菌的型别是固定的，也能遗传，换言之，它具有遗传性。这些细菌形成的菌落，形状也有所不同。有些菌落光滑，呈穹顶状，称为光滑型（smooth，简称 S）；另一些则粗糙、不规则，称为粗糙型（rough，简称 R）。S 型毒力强，能够致命，因为它有一层滑溜溜的外衣，能保护它免遭人体免疫细胞攻击。R 型没有这层外衣，因此很少致病。
在实验中，格里菲思把两种菌株混在一起，按理说，这样的混合物应该无害：一种是不会致病的活的 I 型粗糙型细菌；另一种是经加热杀死的 II 型光滑型细菌，它们曾有毒力，如今却已失去活性。分别将它们注入小鼠体内，两者都没有造成伤害。但混合后注射，这个组合却出乎意料地致命。更令人惊讶的是，格里菲思从死去的小鼠体内分离细菌时，得到了活的 II 型光滑型肺炎球菌。不知通过什么方式，无害的活菌接触到有毒力的死菌残骸后，发生了“转化”，变得与死菌一样。而且，这种改变并非暂时的：转化后的细菌在繁殖时，仍不断产生相同型别的后代。它可以遗传。
免疫学家起初对格里菲思的研究持怀疑态度。会不会有极少量有毒力的肺炎球菌其实没有被杀死？但很快，世界各地的实验室就独立证实了这个实验。
洛克菲勒研究所的奥斯瓦尔德·埃弗里也是受到格里菲思实验震动的人之一。埃弗里研究肺炎球菌免疫学已有 20 年。读过格里菲思的论文后，他安排几名受训研究人员调查转化现象。其中一位是 J. L. 阿洛韦，他证明，用从被杀死的光滑型细菌细胞中提取的化学物质，在体外（in vitro）也能引发转化。阿洛韦将活细胞溶解，再滤去细胞碎片，提取出一种“浓稠如糖浆的沉淀物”；不论那种使细菌改变血清型的东西究竟是什么，它就在其中。这个混合物后来被称为“转化因子”（transforming principle）。
解开谜题
埃弗里已经证明，转化因子能够引起可遗传的改变。这意味着它含有基因。如果他能分离出引发转化的成分，确定其化学组成，就终于能回答那个长久以来悬而未决的问题：基因究竟是由什么构成的？
然而，就在一项重大科学突破近在眼前时，进展突然停了下来。埃弗里被诊断出患有格雷夫斯病（Graves’ disease）。这种甲状腺疾病使他疲惫不堪，并伴有震颤，连做实验都变得困难。接受甲状腺切除手术后，他花了几个月时间康复；终于重返工作时，他把研究重心转向了新发现的抗生素。
八年后，埃弗里重新研究转化因子，这一领域却几乎原地未动。为什么在他离开的这段时间里，没有其他团队抢先推进，至今仍是个谜。也许遗传学家对研究细菌不感兴趣，也许细菌学家优先考虑的是疫苗和抗生素等实用性研究。
不管原因是什么，埃弗里在科学家科林·麦克劳德和麦克林·麦卡蒂的帮助下，先着手改进提取转化物质的方法。新方法需要大量细菌培养物：75 升充满细菌的培养液，才能得到区区 10 至 25 毫克转化因子。他们改装了一台蒸汽驱动的厨房用奶油分离机，用来把细菌细胞从培养液中分离出来。显然，这台设备并不是为处理致病菌而设计的。密封处的细小缝隙，使它一开动，整个房间便弥漫着肉眼看不见的雾滴，其中含有可能致命的肺炎球菌。埃弗里的团队不得不制作一个容器，将机器封在里面，在打开容器前先对机器进行灭菌。机器收集的细菌饼，必须用浸过杀菌剂的毛巾来处理；每当机器运转时，仍在康复中的埃弗里都会离开实验室。
经过这番努力，团队纯化出一种转化活性很强的物质。其中混有多糖、蛋白质、核糖核酸（RNA）和 DNA。接下来，他们需要弄清楚，究竟是哪一种成分引发了转化。加入能使蛋白质或多糖失活的酶，并没有阻止细菌转化。但加入一种破坏 DNA 的酶后，转化便不再发生。这意味着转化因子是 DNA，因此，基因也是 DNA。
实验室里的气氛令人振奋。但埃弗里明白，要让别人相信遗传物质是 DNA 而非蛋白质，将是一场艰难的仗。反对者会说，样品中仍残留着微量蛋白质，而正是这些蛋白质带来了转化活性。由于无法证明某样东西不存在，也就是无法证明样品中完全没有蛋白质，埃弗里想尽可能收集更多证据：化学组成、酶失活实验、离心分离（centrifugation）、电泳（electrophoresis），以及紫外吸收（ultraviolet absorption）。每一项结果都指向 DNA。
在给兄弟的一封信中，埃弗里谈起这项发现的意义，兴奋之情溢于言表。“它涉及遗传学、酶化学、细胞代谢和碳水化合物合成，等等。”但在公开讲话中，他谨慎得近乎过头。“吹泡泡很有趣，但更明智的做法，是在别人动手之前，先自己把泡泡戳破。”
埃弗里、麦克劳德和麦卡蒂的论文于 1944 年发表。论文充分体现了埃弗里的谨慎：标题、摘要和结论中都没有出现“基因”一词，文末还承认，极微量的杂质仍有可能是真正产生转化活性的来源。但结论已再清楚不过：基因是由 DNA 构成的。论文引起了不同的反应：许多人称赞埃弗里的工作，一些批评者则认为，蛋白质污染可能解释这些结果。然而，此时举证的责任已经落在他们身上：他们得找出这样一种蛋白质。而没有人做得到。
改变一切的分子
埃弗里的实验不只解决了基因究竟是哪种物质的问题，还让人们得以提出上百个新问题。DNA 如何编码遗传信息？其他生物也使用 DNA，还是只有肺炎球菌如此？DNA 的分子结构是什么样的？它又如何复制自身？
在接下来的几十年里，关于 DNA 本质的论文发表了数百篇。这些论文的作者跻身 20 世纪最负盛名的科学家之列，其中包括诺贝尔奖得主约书亚·莱德伯格，他研究了细菌如何交换 DNA；阿尔弗雷德·赫尔希和玛莎·蔡斯，他们证明，在病毒感染过程中，从噬菌体转移到细菌体内的是 DNA，而不是蛋白质；当然，还有发现 DNA 双螺旋结构的沃森和克里克。
然而，埃弗里虽然获得过 38 次提名，却从未获得诺贝尔奖。他的门生勒内·迪博曾形容他“克制而又自我批判，几乎到了神经质的地步”。诺贝尔奖委员会不习惯他这种作风，也许觉得最好等到有进一步的证实再说。但埃弗里发表 DNA 研究时已经 65 岁，11 年后便去世了，而诺贝尔奖不颁给已经去世的人。埃弗里的工作受到的关注比其他遗传学家的少，很大程度上是因为他从未获得科学界的最高奖项。尽管如此，过去 75 年的遗传学和生物医学研究，都是在他的工作奠定的基础上发展起来的。
如今，DNA 主导着生物医学研究的方方面面。但埃弗里的研究最重要的成果，或许是让人们认识到，地球上所有的生物，从深海里的藻类到高空翱翔的鸟，从鲨鱼到闪着虹彩的甲虫，从致病细菌到人类，都以同一种方式储存基因：储存在盘曲的 DNA 链中。