1951年，23歲的年輕遺傳學家沃森從美國去劍橋大學做博士後時，雖然他的真實意圖是研究DNA的分子結構，但他的掛科項目是研究煙草花葉病毒。比他大12歲的克裏克當時正在做博士論文，題目是《多肽與蛋白質:X射線研究》。沃森說服了與他共用壹個辦公室的克裏克研究DNA分子模型。他需要克裏克在X射線晶體學方面的知識。
1951年10月，沃森和他的同事克裏克開始拼湊模型，經過幾次嘗試，終於在1953年3月得到了正確的模型。這三個實驗室如何相互競爭，因為沃森的自傳《雙螺旋》而廣為人知，這本書風靡全球。壹個值得討論的問題是:為什麽沃森和克裏克沒有威爾金斯和富蘭克林那樣的第壹手實驗數據，沒有鮑林那樣豐富的構建分子模型的經驗(兩人都是第壹次構建分子模型)，卻贏得了這場競賽？這些人，除了華生，都不是遺傳學家，而是物理學家或者化學家。雖然威爾金斯在1950年首次研究了DNA的晶體結構，但他對當時DNA在細胞中的作用壹無所知。只是在1951他才認為DNA可能參與了核蛋白控制的遺傳。富蘭克林也沒有理解DNA在生物細胞中的重要性。鮑林對DNA分子的研究純屬偶然。
1951年11個月，他在《美國化學會學報》上看到壹篇關於核酸結構的論文，很可笑。為了反駁這篇論文，他著手構建DNA分子模型。他把DNA分子作為化合物來研究，而不是遺傳物質。這兩個研究小組完全基於晶體的衍射圖案建立他們的模型，鮑林甚至基於20世紀30年代拍攝的模糊衍射照片。在不了解DNA的生物功能的情況下，單純根據晶體衍射圖樣有太多的可能性可供選擇，很難做出正確的模型。沃森在1951來到劍橋之前，就已經做了同位素標記追蹤噬菌體DNA的實驗，並堅信DNA是遺傳物質。據他回憶，到了劍橋，他發現克裏克也是“壹個知道DNA比蛋白質更重要的人”。但據克裏克自己說，當時他對DNA了解不多，也不認為它在遺傳上比蛋白質更重要。他只是覺得DNA作為壹種與核蛋白結合的物質，值得研究。對於壹個研究生來說，確定壹個未知分子的結構是壹項值得做的工作。在確信DNA是遺傳物質後，我們還必須了解遺傳物質需要什麽性質才能發揮基因的作用。和克裏克、威爾金斯壹樣，沃森後來也強調了薛定諤的《生命是什麽？他甚至說，在芝加哥大學讀了這本書後，他決心要解開基因之謎。如果這是真的，我們就很難理解為什麽沃森在申請印第安納大學研究生的時候申請鳥類學了。因為印第安納大學動物學系沒有鳥類學專業，沃森在院長的建議下轉向遺傳學研究。當時，偉大的遺傳學家赫爾曼·繆勒碰巧是印第安納大學的教授。沃森不僅參加了繆勒的“突變和基因”課程(成績為A)，還考慮成為他的研究生。但是，我覺得繆勒研究的果蠅在遺傳學上已經度過了壹個輝煌的時期，於是我轉向研究噬菌體遺傳的SalvadorLuria作為我的老師。然而，繆勒認為遺傳物質必須具有自催化、異催化和突變的三重特征的觀點肯定對沃森產生了深遠的影響。正是因為沃森和克裏克堅信DNA是遺傳物質，並且明白遺傳物質應該具有什麽樣的特征，他們才能在如此少的數據基礎上做出如此偉大的發現。
他們所依賴的數據只有三條:第壹條是當時廣為人知的，即DNA由六個小分子組成:脫氧核糖、磷酸和四個堿基(A、G、T、C)。這些小分子組成了四個核苷酸，這四個核苷酸組成了DNA。第二個證據是最新的。富蘭克林獲得的衍射照片顯示，DNA是由兩條寬20埃的長鏈組成的雙螺旋結構。第三個證據是最關鍵的。美國生物化學家埃爾文·查戈夫確定了DNA的分子組成，並發現DNA中四種堿基的含量與傳統認為的不壹樣。雖然四個堿基在不同物種中的含量不同，但A和T的含量總是相同的，G和C的含量也是相同的。查加夫早在1950就發表了這壹重要結果，但奇怪的是，研究DNA分子結構的三個實驗室都忽略了這壹結果。甚至在查加夫於1951年春天訪問劍橋並見到沃森和克裏克之後，沃森和克裏克也很少關註他的結果。在沃森和克裏克最終意識到查加夫比的重要性，並請劍橋的年輕數學家約翰·格裏菲斯計算出A吸引T，G吸引C，A+T的寬度等於G+C的寬度之後，他們很快拼湊出了DNA分子的正確模型。
沃森和克裏克在4月25日的《自然》雜誌上發表了他們的發現，1953，超過1000字，並附有插圖。在論文中，沃森和克裏克以謙遜的語氣暗示了這種結構模型的遺傳重要性:“我們並非沒有意識到，我們推測的特殊配對立即暗示了遺傳物質的復制機制。”在隨後的論文中，沃森和克裏克詳細解釋了DNA雙螺旋模型對遺傳學研究的重大意義:首先，它可以解釋遺傳物質的自我復制。“半保守復制”的想法後來被馬修·梅塞爾森和富蘭克林·w·斯塔爾用同位素示蹤實驗證實了。其次，它可以解釋遺傳物質是如何攜帶遺傳信息的。第三，可以解釋基因如何變異。基因突變是因為堿基序列的改變，可以通過復制保存下來。
但遺傳物質的第四個特征，即遺傳信息如何表達才能控制細胞活動？這種模式無法解釋。沃森和克裏克當時也公開承認，他們不知道DNA如何能夠“對細胞產生高度特殊的影響”。但是，這個時候基因的主要功能是控制蛋白質的合成，這就成了* * *學問。那麽基因是如何控制蛋白質合成的呢？有沒有可能以DNA為模板直接把氨基酸和蛋白質連接起來？沃森和克裏克提出DNA雙螺旋模型後的壹段時間，假設在DNA結構中，不同的堿基對之間形成不同形狀的不同“孔”，在這些孔中插入不同的氨基酸，可以形成具有特定序列的蛋白質。然而，這壹假設面臨壹個大問題:染色體DNA存在於細胞核中，而大部分蛋白質存在於細胞質中。細胞核和細胞質被壹層大分子不能穿過的核膜隔開。如果蛋白質是直接由DNA合成的，蛋白質就無法進入細胞質。另壹種核酸RNA主要存在於細胞質中。RNA和DNA的組成非常相似，除了兩個不同之處。它有核糖但沒有脫氧核糖，有尿嘧啶(U)但沒有胸腺嘧啶(T)。早在1952提出DNA雙螺旋模型之前，Watson就已經假設遺傳信息的傳遞方式是從DNA到RNA，再從RNA到蛋白質。在1953 ~ 1954期間，沃森進壹步思考了這個問題。他認為在基因表達過程中，DNA從細胞核轉移到細胞質中，其脫氧核糖轉化為核糖，成為雙鏈RNA，然後利用堿基對之間的孔洞作為模板合成蛋白質。這個古怪的想法在提交發表之前就被克裏克否決了。克裏克指出，DNA和RNA本身都不能直接充當連接氨基酸的模板。遺傳信息只體現在DNA的堿基序列上，需要壹個接頭將堿基序列和氨基酸連接起來。這個“連接器假說”很快被實驗證實。
從65438年到0958年，克裏克提出了兩個理論，奠定了分子遺傳學的理論基礎。第壹種理論是“序列假說”，認為核酸的特殊性完全由其堿基序列決定，堿基序列編碼特定蛋白質的氨基酸序列，蛋白質的氨基酸序列決定蛋白質的三維結構。第二個理論是“中心法則”。遺傳信息只能從核酸傳遞到核酸，或從核酸傳遞到蛋白質，而不能從蛋白質傳遞到蛋白質或從蛋白質傳遞。沃森後來更清楚地表達了中心規則，即遺傳信息只能從DNA傳遞到RNA，然後從RNA傳遞到蛋白質。結果在1970中發現病毒中存在RNA合成DNA的逆轉錄現象。人們說，中心規則需要修改，如果增加壹條遺傳信息，它可以從RNA轉移到DNA。事實上，根據克裏克最初的說法，沒有必要修改中心規則。
堿基序列是如何編碼氨基酸的？克裏克在破譯這種遺傳密碼的問題上也做出了巨大貢獻。組成蛋白質的氨基酸有二十種，但堿基只有四種。顯然，壹個堿基編碼壹個氨基酸是不可能的。如果兩個堿基編碼壹個氨基酸，只有十六種組合(4的二次方)，這是不夠的。因此，至少有三個堿基編碼壹個氨基酸，而* * *有六十四種組合來滿足需要。1961年，克裏克等人在《噬菌體T4》中證明了蛋白質中壹個氨基酸的序列是由三個堿基(稱為密碼子)編碼的。同年，兩位美國分子遺傳學家馬歇爾·尼倫伯格和約翰·馬特海破解了第壹個密碼子。到1966，所有六十四個密碼子(包括三個合成終止信號)都被鑒定出來。密碼子作為所有生物來源於同壹祖先的證據之壹，在所有生物中基本相同。從此，人類有了破解遺傳之謎的密碼表。
DNA雙螺旋模型(包括中心法則)的發現是20世紀最重要的科學發現之壹，也是生物學史上唯壹可以與達爾文進化論相提並論的發現。它和自然選擇壹起統壹了生物學的大概念，標誌著分子遺傳學的誕生。這門融合了遺傳學、生物化學、生物物理學和信息學的新學科，主導著生物學所有學科的研究。它是許多人共同努力的結果，克裏克、威爾金斯、富蘭克林和沃森，尤其是克裏克，是最傑出的英雄。