卢里亚和德尔布吕克的涨落实验告诉人们，细菌可以发生基因突变，那么基因的本质又是什么呢？摩尔根等人的工作已经揭示出基因就位于染色体上，而染色体的化学成分主要是蛋白质和核酸。那么，蛋白质和核酸究竟哪个才是基因的物质载体内》围绕这个问题，人们走过的是一条颇为曲折的认识之路。

    早在1928年，英国微生物学家格里菲思（Griffith）从事对一种致病菌——肺炎双球菌的研究。肺炎双球菌能引起小鼠的肺炎，通过研究发现，原来肺炎双球菌分有福和无毒两种类型，有毒类型能在细胞表面产生有毒的荚膜，在培养基上会形成光滑菌落，称为S型菌落，S型菌能使动物患肺炎而死亡；另一类无毒类型的细菌不能产生荚膜，在培养基上形成粗糙的菌落，称为R型菌落。

    格里菲思发现，对小鼠注射S型肺炎双球菌后，小鼠会致病死亡；当加热杀死S型肺炎双球菌注入，就不会引起小鼠死亡；如果用R型肺炎双球菌注射小鼠，即使能在体内繁殖，但因其没有致病性，所以不会引起小鼠死亡。可是使他惊奇的是，当把少量无毒R型菌和大量加热杀死的有毒S型菌结合起来，一起注入小鼠体内，居然能使小鼠病死。他从死鼠内脏中抽取血液，进行分离鉴定，意外地发现了活的S型菌，而且当用这种细菌注射小鼠时，同样能引起小鼠病死，他把这种奇怪的现象称为“转化”。

    他认为，在小鼠体内是否出现活的S型菌，取决于那些被加热杀死的S型菌，而不取决于活的R型。换句话说，加热杀死的S型菌有某种物质（转化因子），能够进入R型菌，并引起稳定的遗传。5年以后，格里菲思有成功的证实了只要把离开活体细胞的S型菌的提取液加到生长这的R型的培养物中，也能进行R型向S型的转化。可是这种S型菌的提取液中含有许多成分，如蛋白质、多糖、脂类以及核酸（包括DNA和RNA）。起转化作用的物质究是哪一种呢？限于当时的技术水平，他最终也没有对这个关键性的问题做出进一步的研究，也没能在他生前看到他的工作最终表现出来的意义。然而，他为生物学家探索DNA的功能作出了开创性的工作。

    在格里菲思发现转化现象的10多年以后，美国生物化学家埃弗里（O.T.Avery）及其同事麦克劳德（C.Macledod）、麦卡蒂（M.McCarty），为了弄清楚引起转化的物质的化学本质，开始了研究工作。他们起初认为，肺炎双球菌S型和R型的区别在于荚膜的有无，既然R型转化为S型时产生了心灯有毒多糖荚膜，而多糖又是通过蛋白质酶类合成的，因此，蛋白质可能就是起转化作用的物质。可是，从S型中提取出的蛋白质并不能引起转化。于是他们着手进行了S型提取液的分馏工作，运用一系列的化学和酶催化方法，相继地、有选择地破坏其中一种成分并测验其余物质的转化作用，发现蛋白质及多糖、脂类都不能起转化作用，只有提取也中的DNA，即使浓度低达6亿分之一，加在R型菌的培养物中，仍然具有使R型向S型转化的效力。不仅如此，从一个R型菌转化而成的S型菌及其后代中提取的DNA，也能够将R型转化为S型。因此，艾弗里等人终于得出结论：肺炎说球菌转化作用的遗传物质基础是DNA。

    可惜的是，埃弗里等人提出的遗传物质是DNA的观点非但没有立即为人们所接受，反而遭到非常保守的批评。因为当时的学术界占统治地位的仍是美国生物化学家莱文（P.A.Levene）等人提出的“四核苷酸假说”，他们坚持认为，DNA只不过含有腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）4种成分而已，而不同蛋白质含有的氨基酸要多至20种，所以，DNA上能贮藏遗传信息简直是不可想象的。那种看起来似乎很纯净的DNA，很可能有蛋白质的残余，说不定后者才是正真的有活性的转化物质。

    就在人们为DNA是否能够承担遗传物质的角色还在争论不休时，噬菌体小组成员赫尔希设想，如果DNA确实是遗传物质的话，那么能不能把DNA和蛋白质完全分开，在纯粹的条件下，单独观察DNA的作用呢？

    赫尔希1908年12月4日生于美国密歇根州的奥瓦索，1997年去世。1930年毕业与密歇根州立大学，1934年获得博士学位。1943年德尔布吕克邀请赫尔希访问他在范德比尔特大学的实验室。赫尔希曾作过噬菌体研究，并发表过多篇论文，从而引起了德尔布吕克的注意。由于双方谈的很投机，德尔布吕克就邀请赫尔希加入到他和卢里亚共同组建的现代噬菌体研究方向的行列中，赫尔希终于车鞥为了嗣后的噬菌体小组的核心人物之一。

    1952年，赫尔希和他的助手蔡斯（M.Chase）以侵染大肠杆菌的一种噬菌体（T2噬菌体）为主要材料，进行了噬菌体感染实验。因为噬菌体在感染大肠杆菌的过程中，它的DNA和蛋白质是自然分开的，所以，可以说这个实验室是一个天然实验。这个生物学史上著名的判决性实验发展了转化实验，为DNA作为遗传物质，提供了令人信服的证据。

    T2噬菌体的分子组陈很简单，约有60%的蛋白质和40%的DNA。他的形状在电子显微镜下看起来像个小蝌蚪，蛋白质构成了它的外壳，分头部、颈部、和尾丝；DNA藏在它的头部。当T2噬菌体感染大肠杆菌时，它的尾丝像个爪子，紧紧地吸附在大肠杆菌的细胞壁上，然后尾部的酶在细胞壁上打个小洞，形成一个通道。噬菌体的DNA沿着通，注入到寄主细胞中，噬菌体的蛋白质外壳则被抛弃在寄主细胞外。可是，在大肠杆菌细胞内增殖后的子代噬菌体却有与亲代噬菌体同样的蛋白质外壳。这就说明，噬菌体中的DNA决定了蛋白质生物合成。

    那么，赫尔希和蔡斯是如何得到这个结果的？放射性元素示踪法，这是他们采用的重要研究方法。

    在构成蛋白质的20种氨基酸中，两种含有硫原子（甲硫氨酸和半胱氨酸），而且不存在含磷原子的氨基酸；相反，DNA分子中则含磷而不含硫。赫尔希和蔡斯把T2噬菌体分别置于含放射性元素硫和磷的培养基中，这样放射性S就标记了噬菌体的蛋白质，放射性P就标记 了噬菌体的DNA。当完全具有放射性之后，用这些噬菌体去侵染物放射性的大肠杆菌。在大多数标记T2噬菌体完成了吸附和侵入过程（大约10分钟）后，将他们放置于一个瓦氏式参合器，以10000转/分速度转动，使吸附在大肠细胞壁上的噬菌体（其实多数只是蛋白质外壳）脱落下来，然后离心沉淀，由于噬菌体较细菌轻，离心时可以使噬菌体和细菌彼此分开，再分别测定沉淀物和上清液中的放射性示踪元素。结果发现，几乎所有的放射性S存在与上清液中的噬菌体外壳内。这说明了，亲代噬菌体进入细菌体内的确实是DNA，而不是蛋白质。为什么从感染噬菌体DNA的大肠杆菌中释放出来的却是和原来一样的噬菌体？这是由于噬菌体的DNA注入大肠杆菌后，在菌体细胞内逐渐起支配作用，巧妙地利用寄主细胞的代谢机构，大量复制子代噬菌体的DNA并合成蛋白质，最后组装成新的完整的噬菌体。

    赫尔希和蔡斯当初对他们的实验结果采取了过于谨慎的态度，他们在1952年发表的《噬菌体生长过程中蛋白质和核酸的独立作用》论文中，并没有毅然宣布他们的资料已提供了证明DNA是遗传物质的确凿证据，只是试着作了如下叙述：“我们推论，含硫蛋白质对噬菌体增殖没有作用，而DNA则起到某些作用。我们的实验清楚地说明，用物理学方法把T2噬菌体分离成遗传和不遗传两个部分是可能的，……然而，要对其遗传部分的化学性质做出鉴定，则须等到上述某些问题得到解答之后才行。”但是，赫尔希所在的举世闻名的噬菌体小组，是由的德尔布吕克领导的一个配合紧密、思想活跃、充满创新精神的集体。噬菌体小组人员很痛快地接受了这个实验结果，坚信它是DNA遗传作用的有力证据。该小组中的一名年轻成员沃森（J.D.Watson）1952年4月在牛津召开的普通生物学学会会议上，积极介绍了噬菌体感染实验，并阐明了用这些实验资料足以证明DNA即是遗传物质。同事们的大力宣传，使这个实验在科学界引起了强烈反响。从此，人们普遍把DNA看成遗传信息的携带者，并把注意力集中到DNA上。