蒙尘70年,Nature最新调查为富兰克林平反:她是DNA双螺旋结构的平等贡献者

1953 年 4 月 25 日,詹姆斯·沃森(James Watson)和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)在 Nature 期刊发表了一篇开创性论文,这篇论文揭示了遗传物质  DNA 的双螺旋结构,从此开启了分子生物学时代。1962 年,沃森、克里克和威尔金斯一起荣获了诺贝尔生理学或医学奖。

然而,一直有一个传言,DNA 双螺旋结构这一划时代的伟大发现源于沃森在未获得罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)同意或知晓的情况下看到了她拍摄的 DNA 的 X 射线图片,也就是著名的「照片 51 号」,这张照片也被认为是「分子生物学的点金石」。

如今,「照片 51 号」已经成为了代表富兰克林的成就和她遭受的不公待遇的象征。外界认为,富兰克林是一个优秀的科学家,但她未能分辨出自己拍摄的这张 DNA 的 X 射线图片所传达的关于 DNA 的信息,她在照片拍摄后几个月都没有意识到照片的重要性,直到沃森一眼看出其中蕴含的双螺旋结构信息。

所以,真实情况真的是这样吗?

2023 年 4 月 23 日,在 DNA 双螺旋结构被发现的 70 年后,Nature 期刊发表了来自曼彻斯特大学的 Matthew Cobb 和约翰·霍普金斯大学的 Nathaniel Comfort 的评论文章。

他们找到了尘封已久的新证据,在这篇评论文章中指出,罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)在 DNA 结构的发现中是平等的贡献者,而不是受害者。

Matthew Cobb 和 Nathaniel Comfort 在查阅富兰克林在英国剑桥大学丘吉尔学院的档案时,发现了一篇从未被研究过的新闻稿,这篇新闻稿由记者 Joan Bruce 与富兰克林协商后撰写,本来要发在《时代周刊》(Time)上(但最终并未发表)。他们还发现了一封由富兰克林的一位同事写给克里克的信,这封信之前从未曝光。

这两份资料共同说明,富兰克林并非不能理解 DNA 的结构。Matthew Cobb 和 Nathaniel Comfort 写道,富兰克林是「解析双螺旋四人组中平等的一员」。她和莫里斯·威尔金斯一起,为寻找 DNA 结构的答案采取了早期关键行动,提供关键数据,并验证了结果,她和威尔金斯贡献了发现 DNA 双螺旋结构一半的力量,与沃森和克里克的贡献相当。

Matthew Cobb 和 Nathaniel Comfort 还写道,还原富兰克林故事的真相非常重要。她不仅反对当时常见的性别歧视,还反对科学界一些更不易察觉的现象,其中的一些现象到今天仍然存在。

罗莎琳德·富兰克林

1920 年 7 月 25 日,罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Elsie Franklin)出生于英国伦敦一个富裕的犹太人家庭。

富兰克林为 DNA 双螺旋结构的发现做出了卓越贡献,却未能获得应有的荣誉。甚至在《双螺旋》一书中被沃森描述为 Dark Lady,称其难以沟通,不能解释自己的研究数据。然而也正是沃森在《双螺旋》中的描述,让更多人知道了富兰克林。

1951 年,年仅 23 岁的詹姆斯·沃森(James Watson)博士毕业后前往英国剑桥大学卡文迪许实验室进修,沃森在这里遇到了正在准备博士论文的弗朗西斯·克里克(Francis Crick),两人一拍即合,从 1951 年 10 月开始转向 DNA 结构方向的研究。

当时在研究 DNA 结构的并不只有沃森和克里克,伦敦国王学院的莫里斯·威尔金斯(Maurice Wilkins)和罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)等人在当时已经在探究 DNA 结构的秘密。

1952 年,沃森和克里克率先发表了一篇 DNA 为三螺旋结构的论文,罗莎琳德·富兰克林在卡文迪许实验室看到这个三螺旋结构模型后,毫不留情地指出了错误,这让沃森和克里克在实验室的领导劳伦斯·布拉格(Lawrence Bragg,25 岁时获得诺贝尔物理学奖)觉得很没面子,于是暂停了二人的 DNA 结构研究。

1952 年 5 月,富兰克林和她的研究生雷蒙·葛斯林(Raymond Gosling)拍到了一张 B 型 DNA 的 X 射线晶体衍射照片,也就是著名的「照片 51 号」,被誉为「几乎是有史以来最美的一张 X 射线照片。」

照片 51 号

富兰克林对自己所在的伦敦国王学院感到非常不满,一方面因为自己作为一个女性,在满是男性主导的地方受到了不公正待遇,另一方面是她不喜欢国王学院过于浓厚的宗教氛围。

1952 年底,富兰克林决定离开伦敦国王学院,前往伦敦大学伯贝克学院开始新的研究生涯。此时,富兰克林的研究生雷蒙·葛斯林将「照片 51 号」作为纪念品送给了威尔金斯。

1953 年 1 月,威尔金斯将「照片 51 号」的副本展示给了沃森和克里克,威尔金斯以为二人已经不再进行 DNA 结构研究了。

多年以后,沃森回忆当时看到这张照片时的情景时说:我张大了嘴,脉搏开始跳动。尽管自己不是一位受过训练的晶体学家,但也有足够的知识,知道照片中的「X」造型,意味着 DNA 是一个螺旋线,很可能就是双螺旋线。即使克里克是物理学家,他也知道重要的生物体总是成对出现。

1953 年 2 月 4 日,沃森和克里克决定重启对 DNA 结构模型的研究,2 月 8 日,二人请求威尔金斯同意他们也进行相同研究。

1953 年 3 月 7 日,沃森和克里克在实验室中联手搭建的 DNA 双螺旋模型宣告成功。

然后,富兰克林受邀来卡文迪许实验室观看这一新构建的 DNA 双螺旋模型,富兰克林立刻意识到这一结构模型应该是正确的。

沃森(左)、克里克(右)在 DNA 双螺旋模型前

沃森和克里克的双螺旋结构模型的成功,还离不开好几位科学家的帮助,欧文·查格夫(Erwin Chargaff)告诉他们 DNA 碱基之间的比例,A 和 T 总是相等,G 和 C 也是相等。杰里·多诺休(Jerry Donohue)对正确的化学同工型的见解证明了这一比例,然后是威廉·阿斯特伯里(William Astbury)为碱基配对提供了帮助。

当然,这些帮助都没有富兰克林的「照片 51 号」重要。

更重要的是,卡文迪许实验室的马克斯·佩鲁兹(Max Perutz)在 1952 年 12 月中旬收到了伦敦国王学院生物物理部门的一项报告副本,这项报告里包括富兰克林对 B 型 DNA 的精确测量,以及证明 DNA 成反向螺旋的关键证据。在沃森和克里克看到「照片 51 号」不久,马克斯·佩鲁兹向他们二人分享了这项报告。

1953 年 4 月 25 日,Nature 杂志同时发表了三篇关于 DNA 双螺旋结构的论文,分别来自沃森和克里克、威尔金斯,以及富兰克林和雷蒙·葛斯林。

生命之美在 DNA 双螺旋结构里得到了最完美的展示

沃森和克里克的论文在最前面,富兰克林的论文在最后,这给了人们一种错觉,就是富兰克林的论文是验证了前者的实验结果,而不是提供关键性数据。即便如此,富兰克林也没有因为输掉 DNA 双螺旋结构的竞赛或是研究数据被「剽窃」而沮丧,她反而跟沃森和克里克成了朋友。

DNA 双螺旋结构的发现被誉为「生物学的一个标志,开创了新的时代」。这是在生物学历史上唯一可与达尔文进化论相比的最重大发现,它与自然选择一起,统一了生物学的大概念,是科学史上的一个重要里程碑,标志着分子生物学的诞生。

威尔金斯、沃森、克里克三人在诺奖颁奖典礼上

1962 年,沃森、克里克、威尔金斯三人因 DNA 双螺旋结构的发现而获得当年的诺贝尔生理学或医学奖。遗憾的是富兰克林已于 1958 年因卵巢癌去世。

如今,人们提及富兰克林,几乎只记得她对 DNA 双螺旋结构所作的贡献,实际上,富兰克林在她的短暂的一生中,留下了许多值得铭记的科学遗产。

在科研早期,富兰克林在进行煤炭特性的研究,在煤炭燃烧效率、冶炼技术、防毒面具等方面做出了许多杰出贡献。

20 世纪 50 年代开始,富兰克林转而研究病毒,利用自己擅长的X射线衍射成像技术,成功确定了烟草花叶病毒(TMV)的 RNA 结构,并陆续研究了许多导致重要农作物枯萎的植物病毒。

1957 年,富兰克林开始研究导致人类疾病的病毒,首先就是在当时令人恐惧的导致小儿麻痹症的脊髓灰质炎病毒。

然而,时间并没有站在富兰克林这一边,1958 年 4 月 16 日,富兰克林因卵巢癌去世,年仅 37 岁。

1959 年,她的合作者亚伦·克鲁格(Aaron Klug)和约翰·芬奇(John Finch)在 Nature 杂志发表了脊髓灰质炎病毒结构的论文,并将论文献给富兰克林以做纪念。亚伦·克鲁格因在阐明病毒结构方面的工作而被授予 1982 年诺贝尔化学奖。

富兰克林对 DNA 双螺旋结构的贡献不容遗忘,但「DNA 之母」绝不是富兰克林的全部注脚,富兰克林对科学的热爱,以及她对科学界女性的鼓舞,将在未来的历史长河中依然熠熠生辉。

正如她的墓志铭中写道:科学家,她对病毒的研究和发现让人类持久受益

富兰克林墓碑

参考资料:

https://en.wikipedia.org/wiki/Rosalind_Franklin

https://www.nature.com/articles/d41586-020-02144-4

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01313-5

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