编者按:刚刚去世的詹姆斯·沃森(James D. Watson)是美国著名分子生物学家,DNA双螺旋结构的共同发现者之一。他与克里克、威尔金斯因这一划时代的发现,于1962年共同获得诺贝尔生理学或医学奖,研究奠定了现代分子遗传学的基础。晚年,沃森因多次发表“不同种族智商存在差异”等言论而引发巨大争议,遭到学界广泛批评并被撤销多项荣誉。本文回顾了他与克里克、威尔金斯及富兰克林之间既竞争又合作的科学历程,重现那段揭开生命奥秘的历史时刻。这个故事百听不厌。
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沃森 图源网络
沃森,克里克和他们的双螺旋DNA模型
一、乏味的分子
二十世纪初,遗传学家们认识到染色体是基因的载体之后,又很快确定了染色体的化学成分。原来,染色体主要是由蛋白质和DNA两种大分子组成的。那么,基因到底是蛋白质还是DNA呢?
说起来,蛋白质和核酸的特点有点像外向性格与内向性格的区别。蛋白质的多样性和重要性显而易见。早在18世纪,生化学家们就发现了蛋清里的白蛋白、血清蛋白、纤维蛋白和小麦面筋蛋白。到1920-30年间,又认识到负责食物消化降解作用的各种酶其实也是蛋白质。最后,他们还发现,调节身体许多功能的激素和信息分子还是蛋白质,比如胰岛素就是一种激素。总之,蛋白质的结构与功能直接反映了生命活动。如果决定生物性状的是基因,那基因非蛋白质莫属!
而DNA呢,远看单调乏味,近观又神秘莫测。首先,DNA的分子组成实在是太简单了,那么长,但翻来覆去就只有四种核苷酸,细胞生长期间呈松散的长丝状,细胞分裂时凝聚成长条,除此之外似乎别无动静。因此,二十世纪初,大多数科学家都相信蛋白质才是遗传物质,而核酸的功能大概只是维持染色体或者细胞核的结构而已,令人兴趣索然。一直到了1940年代,英国生物学家格里菲思(Frederick Griffith,1877 - 1941)和埃弗里(Oswald Theodore Avery,1877 - 1955)的开创性的工作,才终于为DNA是遗传物质提供了强有力的证据。
那么,DNA是如何传递遗传信息的呢?回答这个问题,需要知道DNA的结构。DNA双螺旋结构的发现过程充满戏剧性,既展现了科学家们的天赋、勤奋和激情,也暴露出人性的弱点,以及社会文化中的各种不公平现象。这个故事百听不厌。
二、51号照片
1951年
一月,罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin,1920 - 1958)万般不情愿地回到伦敦,开始了在国王学院的新工作:用X光衍射技术研究DNA结构。
富兰克林于1920年出生在伦敦的一个富裕家庭,父亲埃利斯是家族银行的总裁。富兰克林的家族,属于所谓的“归化”犹太人:家族内保留犹太习俗,不与他族通婚,对外则完全融入英国社会,连姓氏都英语化了。到二十世纪初,他们已在英国扎根150多年,影响遍及银行、出版、政界和慈善事业。富兰克林的舅爷塞缪尔(Herbert Louis Samuel,1870 - 1963)是第一位进入英国内阁的犹太人。富兰克林从小接受贵族精英教育。1938年,她考进了剑桥大学的纽纳姆女子学院,三年后拿到“名誉学位”, 因为当时的剑桥还拒绝授予女生正式的学士学位。
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罗莎琳德·富兰克林 (Rosalind Franklin,1920 - 1958)
这时候二战已经打起来了,劳力短缺,妇女因此有机会进入各种非传统的行业,尤其是与军工有关的。富兰克林本来就不愿意像母亲那样,早早结婚生子做贤妻良母,她抓住这个难得的历史契机,先在著名化学家诺里什(Ronald Norrish,1897 - 1978;1967年诺贝尔化学奖)实验室做小分子聚合实验,一年后接受英国煤炭应用协会的资助,转而研究煤炭的多孔性结构,课题是“为什么有的煤炭更容易被水或气体渗入”。富兰克林给出了完满的答案,于1945年获得了剑桥大学的物理化学博士学位。防毒面具里含有活性炭,如何改善防毒面具的效果非常重要,她的工作为此提供了理论依据,算是间接地支持了英国二战。
在这几年时间内,富兰克林还结识了从巴黎流亡到伦敦的女科学家,居里夫人的学生威尔(Adrienne Weill,1903 - 1979)。1946年,经威尔牵线搭桥,富兰克林应邀去巴黎,在法国国家中央化学实验室工作了三年,跟随实验室主任梅林(Jacques Mering,1904 - 1973),用X光晶体衍射技术发现了什么样的碳结构“可石墨化”,什么样的“不可石墨化”,从而成为该领域的国际权威。这三年也是富兰克林一生中最快乐的时期。除了工作有成,她还非常热爱巴黎,喜欢自己的法国同事们。不幸的是,她也爱上了梅林,但最终认识到这场感情不会有结果。于是,她恋恋不舍但很坚决地离开了巴黎。
本来谈好的,是去国王学院做蛋白结构,但就在临行前,富兰克林收到了实验室主任兰德尔(John Randall)的一封信。信中说,经过仔细斟酌,决定请她研究某种生物纤维的结构,还说:
这就意味着,就X光的实验工作而言,届时将只有你自己和戈斯林,再加海勒女士暂时帮一点忙,她是研究生,雪拉古斯来的。
但此时在国王学院做生物纤维的X光实验工作的,明明还有威尔金斯(Maurice Wilkins,1916 - 2004),兰德尔当年的学生、如今的副手和朋友,而雷蒙·戈斯林(Raymond Gosling,1926 - 2015)是威尔金斯的学生。
威尔金斯出生于新西兰,在英国长大。他从剑桥大学圣约翰学院毕业后,去了伯明翰大学,成为兰德尔的研究生,于1940年获得物理学博士学位。二战期间,威尔金斯参加了美国曼哈顿计划;战后回到英国,受薛定谔《生命是什么?》一书的影响,决定应用物理的知识和方法研究生物问题。兰德尔从英国医学研究委员会(简写MRC)申请到资金后,在国王学院建立了生物物理实验室。威尔金斯受聘当助手,负责具体课题的设计和进展。在1950年五月的一个学术会议上,瑞典科学家西格纳(Rudolf Signer,1903 - 1990)问大家要不要他从小牛胸腺里提纯的DNA。在场的听众了,只有威尔金斯接受了这个免费礼物。这一举动改变了国王学院的研究重心。
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威尔金斯与他设计的专门用于研究X射线衍射的相机
威尔金斯用DNA做实验已经有几年了,但效果不佳。西格纳样品的质量出乎意料的好,可以拉成长长的丝线;如果再用X光衍射成像,就可以根据图像来计算和推测DNA的结构了。说起来容易,但具体的实验条件全靠自己摸索,试来试去,威尔金斯和戈斯林发现,把纤维完美伸展开的最佳“仪器”竟然是回形针。威尔金斯手稳,这一步就由他负责。因为相机里的空气会影响成像,戈斯林又发明了用氢气排空气。当他把氢气吹入水中调节浓度时,意外发现,DNA纤维吸收足够水气后形成了晶体!在纪念DNA双螺旋结构发现六十周年时,戈斯林依然记得那个奇妙的瞬间:
我立马知道,我刚刚所做的,是使这些纤维变成了晶体状态。那么,如果DNA是基因材料的话,我就是第一个让基因结晶的人!
威尔金斯为这些技术上的突破兴奋不已,立即要求兰德尔购买更新的X光仪器,并给自己再配备一个有X光衍射技术的助手。这就是兰德尔聘来富兰克林的起因。因此,威尔金斯理所当然地把富兰克林当成自己的助手;但因为兰德尔那封信,富兰克林却以为这个课题是她的。这个误会使两人从一见面就吵架,最后弄得水火不容。
战后的伦敦依然满目疮痍,跟巴黎不可同日而语;国王学院既不是牛津剑桥,新同事们又全是普通人家出身,除了一起讨论科研,没有任何共同语言。富兰克林本来回英国心情就不好,偏偏闯进了这么一个与自己格格不入的环境,在同事眼里,就成了一个动辄发怒,不合群的女人。她也渐渐地把工作和个人生活完全分开,在两个世界里做客。偶尔,同事会碰上她脱掉工作服,穿上晚礼服,被专车接走。彼此的距离感无法形容。
1951年春天,威尔金斯在意大利那不勒斯的一个学术会议上,首次展示了他与戈斯林做的DNA晶体X光衍射图像,并根据图像以及前人的工作,推测DNA具有螺旋结构。在座的其他人有什么反响不知道,但詹姆斯·沃森(James Watson,1928 - )像被磁铁吸引住了一般。
沃森出生在芝加哥,15岁进芝加哥大学,17岁时在学校图书馆读到《生命是什么?》。书里有薛定谔对基因结构的推测。沃森回忆说,“我是从他的书中第一次了解到,细胞中的分子肯定是通过某种形式的编码传递遗传信息的。”他对基因产生了浓厚的兴趣,为此去了印第安纳大学读博士。他的导师是微生物学家卢里亚(Salvador Luria,1912 - 1991)。其实薛定谔写《生命是什么?》,又是受了物理学家德尔布吕克(Max Ludwig Henning Delbrück,1906 - 1981)的启发。德尔布吕克推测说,基因的功能是由具体的化学分子来实现的。
德尔布吕克自己转行当了生物学家,并开始用噬菌体做遗传学实验。噬菌体是专门感染细菌的病毒,没有复杂的细胞结构,只有蛋白质和核酸两种成分。这在他德尔布吕克眼里,简直就是“赤裸裸”的基因嘛!他选择噬菌体当实验模型,并不是因为喜爱它,而是为了把问题简单到不能更简单的地步。德尔布吕克还跟卢里亚和细菌遗传学家赫尔希(Alfred Day Hershey,1908 - 1997)一起成立了“噬菌体讨论群”。因为埃弗里的实验,这个群里的人,都把宝押在核酸上,沃森当然也不例外。后来,德尔布吕克,卢里亚和赫尔希三人分享了1969年诺贝尔生理学或医学奖。
但卢里亚觉得,要真正解开基因的秘密,还得先搞清核酸的化学结构。他自己对化学一窍不通,就把刚来的沃森送到哥本哈根的一个生物化学实验室去做博士后。沃森也不懂化学,对导师的课题毫无兴趣,宁愿跑到别的实验室继续做噬菌体实验。1951年,他陪导师去那不勒斯动物所了了几个月。百无聊赖中,正好赶上这个生物大分子结构会议。威尔金斯参加这个会议也是偶然,因为兰德尔接受了邀请,临时又来不了。沃森本来担心基因的结构不规则,不好研究,现在知道DNA不但可以结晶,并且还可以拍出这么规则的图像,那搞清其结构不就是早晚的事吗!而有了结构,也许就能解释基因是如何遗传的了。在沃森心里,没有比这更重要的课题了!
沃森立即决定改学晶体衍射技术,琢磨再三,选中了剑桥大学,那里有布拉格(William L. Bragg,1890 - 1971)主持的卡文迪许实验室。早在 1915年,布拉格就与父亲老布拉格(William H. Bragg,1862 - 1942)一起获得了诺贝尔物理奖。卡文迪许实验室是世界上数一数二的研究生物大分子结构的地方,但当时只做蛋白质结构。在卢里亚的帮助下,沃森进了肯德鲁(John Kendrew,1917 - 1997)和佩鲁茨(Max Perutz,1914 - 2002)的实验室,研究肌红蛋白。肯德鲁和佩鲁茨于1962年共享了诺贝尔化学奖。
进实验室的第一天,沃森就认识了弗朗西斯·克里克(Francis Crick,1916 - 2004)。两人一见如故。如果说沃森是少年得志的话,克里克就是“大器晚不成”,当时都35岁了,还在念博士。克里克出生在英格兰北汉普顿市,毕业于伦敦大学物理系。正在读博士学位时,赶上了二战;战后,还是因为读了《生命是什么?》一书,转入了生物学领域。认识沃森时,他在跟佩鲁茨一起做血红蛋白。
克里克是那种聪明藏不住的人,他求知欲强,知识渊博又有悟性,不管是谁的课题,他都要插嘴,先指出问题,再指点江山。同事们对他敬畏有加;但大老板布拉格简直要被他烦死了!因为克里克跟他也要争个对错,而且居然公开说卡文迪许整个研究方向就有问题。克里克还是个大嗓门,笑声朗朗,有他在,整栋楼就别想找到一个清净的角落!布拉格就盼着他赶紧拿学位走人,偏偏克里克眼高手低,理论太多,手下却不出活,老也完不成学位。
沃森和克里克一拍即合。沃森对化学无知,对X光衍射技术更摸不到门,需要克里克的知识和大脑;而沃森有明确的目标,终于使克里克(相对而言)专心下来。两人除了各自不得不做的实验,就是在一起讨论基因、核酸,核酸、基因。去得最多的地方是剑桥的“老鹰酒吧”。另外,克里克本来讳于与威尔金斯的朋友关系,并不碰DNA结构,只是经常督促威尔金斯,提供必要的帮助;威尔金斯当然非常信任克里克,不时跟他分享和讨论自己的进度和遇到的问题,包括抱怨富兰克林带来的麻烦和委屈。殊不知,因为沃森这匹黑马的出现,一切即将变质。
伦敦那边,富兰克林跟威尔金斯针尖麦芒;剑桥这边,沃森和克里克相见恨晚。在“人和”上,国王学院已经处于下风。但这还不是这两对儿之间的最大区别。富兰克林和威尔金斯是实验科学家。他们的研究方法是不断地改进技术和仪器,以获得高质量的光谱图像,然后把图像的形状和深浅度转化为数据,再通过复杂的数据分析,得出答案。这叫“让数据说话”,是富兰克林的信条。
沃森和克里克的研究手段,涉及到另一个关键人物,那就是远在美国加州理工学院的大化学家莱纳斯·鲍林(Linus Pauling,1901 - 1994)。早在二十世纪前半叶,鲍林和其他化学家就已经阐明了分子结构的基本原理,化学键形成的规律。原则上,根据生物大分子的组成,以及大分子与溶液中的水分子和各种离子之间的相互作用原理,就可以推导出它们的结构。这叫“建立模型”,简称建模。就在1951年春天,鲍林首次演示了他推测出来的蛋白质二维结构的α螺旋模型(鲍林获得了于1954年的诺贝尔化学奖)。这就是为什么沃森和克里克有信心,用同样的基本原理构建DNA模型。鲍林的《化学键的本质》一书简直是他俩的“圣经”,实验室里只有一本,两人经常抢,到圣诞节时,克里克索性又买了一本送给沃森。
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作者陈红译作《小猎犬号航海记》,原著作者达尔文
建模的一大挑战是,遵守化学键基本原理的模型很可能不止一个,但哪一个是对的,仍然要靠实验验证;反过来说,如果先参照一些实验数据,就能减少可能性,省时省力。另一方面,“用数据说话”,或者类似的“有图有真相”,其实并不简单。如果实验者完全不知道自己在找什么,数据也会默默无语。胡克看见了细胞,但不等于就明白了细胞的意义;更糟糕的是,还可能想岔了,想听什么就能听到什么,想找什么真相,就能看到什么真相。哈索科克在精子里看到“小人”就是这种情况。克里克当然把这些问题都反复掂量过,他建模的一个原则,恰恰是要用尽量少的数据,以避免被太多太杂乱甚至错误的数据引入歧途。
理想的情形应该是他们四人积极合作、互补长短、共享成果,但生活并不理想……
经过大半年的工作,富兰克林和戈斯林发现,西格纳的DNA其实有两种形态,短粗的A型和细长的B型,A型增加水分后,就会变成B型。兰德尔为了息事宁人,趁机让富兰克林负责A型,威尔金斯负责B型,但西格纳的DNA都归富兰克林。
富兰克林对同一物质有不同形态的情形很有经验,并深感兴趣。她此前科研的重要成果,就是发现了碳的结构可以分成“可石墨化”与“不可石墨化”两种,机缘巧合,现在又发现DNA也有两种结构!11月,她在国王学院的内部会议上报告了A型的X光衍射图。沃森从威尔金斯那里打听到消息后,专门跑到国王学院去听了富兰克林的讲座。
沃森从不做笔记,本来对X光衍射技术的了解就是蜻蜓点水,还听着听着就走神儿,胡思乱想富兰克林如果摘了眼镜、变个发型该是什么样子?回到剑桥后,克里克根据沃森提供的似是而非的信息,一周后就做出了一个DNA结构模型:三条链的螺旋,磷酸在内,碱基在外。两人越看越满意,马上邀请威尔金斯过来参观。威尔金斯、富兰克林和戈林斯赶到剑桥,克里克先得意洋洋地演讲了一大段化学理论,然后才慢腾腾地把模型拿出来。富兰克林听克里克啰嗦,火气早就上来了,才瞟了一眼模型,就说不可能:水去哪儿了?!原来,沃森没听懂富兰克林报告中所用的专业术语,模型里的水分子少了十倍。“模型”展览黯然收场,国王学院几人转身回伦敦,一状告到兰德尔那里。兰德尔向布拉格重申“君子协议”,卡文迪许实验室只做蛋白不碰核酸。布拉格满口答应下来,这下子对克里克简直忍无可忍了。他责令克里克立即放弃建模,并把拆下来的模块打包送给威尔金斯。沃森也夹起尾巴,回实验室继续学X光衍射技术。
1952年
年初,富兰克林与葛斯林一起,开始对A型DNA的衍射图像进行数据处理和分析。威尔金斯没有了珍贵的西格纳DNA,一筹莫展,既做不出A型DNA,也做不出B型DNA。克里克在实验室里闷了没几天,又开始大声嚷嚷了,因为他突然悟到,蛋白质的α螺旋还可以接着绕,成为超螺旋,或称”卷曲螺旋“(coiled coil)!沃森则开始搞烟草病毒的结构研究,因为烟草病毒里也有核酸,只不过是RNA,而不是DNA,算是”曲线救国“吧!
国王学院这边,富兰克林鼓起勇气向伯贝克学院的贝尔纳(John Bernal,1901 -1971)打听,能否加入他的实验室。贝纳尔很爽快地答应了。贝尔纳也非常有名。他是老布拉格的学生,也是用X光衍射技术研究生物大分子的先驱。富兰克林开始找机会向兰德尔摊牌。
二月,富兰克林向资助机关提供了一份进展报告,里面提到,水分增加后,DNA分子会从晶体变成准晶体,成为“一种螺旋结构(结构一定非常紧密),每个螺旋单元可能包含2、3或 4个同轴核酸链,磷酸基团靠近外面”。换句话说,B型DNA是螺旋结构。
春天将至,沃森和克里克开始紧张起来。因为鲍林应皇家学会的邀请,五月份要来英国讲演蛋白质的结构。他们担心鲍林会去国王学院,看到那里的DNA衍射图像,然后一举解出DNA的结构。 万万没有料到的是,因为公开反对冷战,鲍林上了美国政府的黑名单,没拿到护照。沃森和克里克又松了一口气。
五月,富兰克林外出开会时,戈斯林完成了一张B型DNA的衍射图像,照片背面的编号是”51“。他俩把照片放到一边,继续A型的研究。
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51号照片。这张历史上“最漂亮的”X光衍射照片,是博士生雷蒙德·戈斯林在富兰克林指导下完成的。
富兰克林外出时,沃森和克里克在剑桥与从哥伦比亚大学来访的查戈夫(Erwin Chargaff,1905 - 2002)讨论了碱基比例问题。查戈夫分析过各种生物细胞里提取的DNA,发现DNA的四个碱基,A和T所占的比例总是一样多,G与C占的比例总是一样多。大家讨论半天,仍然想不出个所以然,查戈夫冷眼旁观,沃森不修边幅、衣冠不整;克里克居然连哪个碱基对应哪个结构都搞乱了,还嘴硬,说翻翻课本就知道了呗!查戈夫心说,原来是“两个找螺旋的推销员啊!”
富兰克林在A型的图像里观察到了一些不规则的细节,推测A型其实不是螺旋。偶遇克里克时提到这个想法,克里克立马简单粗暴地打断说,那是不可能的!螺旋结构里出现不规则细节,很容易有其它解释。那居高临下的口气,简直让富兰克林厌恶。
七月份左右,兰德尔痛快地答应了富兰克林换实验室的请求,并把离开时间定在1953年一月一日。一年多来绷得紧紧的神经,总算可以松弛了!大概也是因为这个原因,富兰克林很有心情地提起笔,写了一个”讣告”,宣布DNA螺旋的死亡。她这是成心要再气一气威尔金斯。”讣告”虽然是戏谑的口气,“追悼会”还真如期举行,会议室里放满了衍射图像的数据分析,那些A型DNA非螺旋结构的证据。走之前剩下的时间,就是和戈斯林一起,把这些工作写成三篇论文发表;并把其中的精华部分,放进给MRC的年度报告里。
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我们怀着极大的遗憾宣布,DNA螺旋(晶体)已于1952年7月18日星期五去世:大剂量的Besselised注射疗程无济于事,久病不治而亡。追悼会将于下周一或周二举行。我们希望威尔金斯博士会发表讲话,纪念已故的螺旋。签名:富兰克林,戈斯林
威尔金斯的对策是忍辱负重,等待。富兰克林不许他新雇来的科学家做模型,他就建议她去做胶原蛋白;他也不让自己的学生去富兰克林那里讨回西格纳的DNA。反正等不了几天了,富兰克林一走,一切不就可以重新开始了!除此之外,他还是三天两头地往剑桥跑,沃森和克里克足不出户,却对国王学院的动态了如指掌。
就好像沃森和克里克的运气还不够好似的。他们不希望鲍林来英国,他就没来成;没过几个月,鲍林反而把儿子皮特送到剑桥来读研究生。皮特别的能耐有限,给沃森和克里克通风报信,真是乐此不疲。年前收到了老爹宣称已经破解DNA结构的家信,赶紧送去给那两人看。这正是沃森与克里克天天做的噩梦啊:鲍林已经破解了蛋白质的结构,绝不会放过核酸的!
1953年
一月28号,鲍林给布拉格和皮特各寄去一份他的DNA论文。皮特赶紧跑进实验室,还没说完话,沃森就把论文抢了过去,但立即如释重负,因为鲍林的模型也是三条链相绕的螺旋。更不可思议的是,大化学家还闹了个大笑话,为了使三条链不相互排斥,把核酸的带电部分都用氢原子中和了。核酸不酸了!
但论文即将发表,肯定就会有人公开指出这个错误,鲍林受到刺激后,不把正确结构解出来,是不会罢休的。沃森算了算,他们只有六个星期的领先时间了。他央求布拉格允许他和克里克立即重启DNA建模工作。不为别的,卡文迪许实验室总不能再次被鲍林抢先了吧?!鲍林首先发现α螺旋结构带来的羞辱仍然隐隐作痛,国王学院那边又毫无生气,布拉格别无选择,也只能靠这两个“推销员”了。
1月30号,沃森拿着鲍林的论文去了国王学院。富兰克林因为生病,推迟了离职的时间。沃森看见她的实验室门半掩着,推门就进去了。富兰克林正在专心工作,吓了一跳,抬头狠狠地瞪了他一眼。沃森赶紧说鲍林的模型是错的,但富兰克林一点不奇怪。她早就知道模型不靠谱,根据她的数据,连螺旋结构也不是铁板钉钉的呢,三条链也好,几条链也罢。沃森忍不住回嘴说,如果你能学哪怕一点点理论,就知道你看见的非螺旋特征其实是螺旋材料结晶时的微小变形!他说完掉头就跑,因为看见富兰克林好像要冲过来似的。
威尔金斯正好赶上这个尾声,觉得沃森终于能同病相怜,体会到自己的悲惨处境了,于是又滔滔不绝地抱怨了一通。他并不知道沃森和克里克又开始做模型了,聊得高兴,就把51号照片拿了出来。因为富兰克林要离开,戈斯林又回到威尔金斯这里,当然也把他和富兰克林一起做的数据都交给了威尔金斯。沃森说他“看到照片那一瞬间,我的下巴都合不拢了,脉搏一下子就冲上去了”。而且,一年多的理论学习和实际工作没有白费,仅凭一眼,他就记住了关键的尺度,角度和空间大小,外加从威尔金斯那里打听到的一些数据。
1月31号,布拉格正式同意他们重新开始建模;并批准购买制作各种需要的金属模板。
2月4号,沃森正式开始组装模型。虽然三条链仍然是一种可能性,沃森决定试一下双链。克里克在后面指挥,让沃森把磷酸放在外面,把碱基放入双链之间。他还邀请威尔金斯到剑桥来共进午餐。
2月8日,威尔金斯应邀而至,沃森和克里克说,他们想要重新建模,行吗?威尔金斯能说什么呢?当然只好勉强答应了。
佩鲁茨是MRC委员会的成员。几天后,应克里克的要求,他将1952年底的MRC报告给了沃森和克里克。国王学院和卡文迪许实验室都属于MRC,这份报告不是机密,但按照不成文的规矩,佩鲁茨至少应该让兰德尔知道。在富兰克林那部分,她用了一个晶体领域的专业词汇,点明DNA对称性的特点:翻转180度之后,看起来还是一样。就这么一个词,克里克如醍醐灌顶,立即豁然开朗:DNA不仅是双链,而且是反向双链,就像一上一下的电动扶梯!
剩下的就是把碱基放入双链之间的空档里了。这一步很像玩拼图游戏,因为只有四种碱基,按理说应该很容易,但不管沃森怎么摆,就是放不好,不是太大,就是太小。正好鲍林实验室来的物理化学家多诺霍(Jerry Donohue,1920 - 1985)与沃森共用一个办公室。他看了一眼沃森的碱基模板,说结构错了。怎么可能呢,我这可是按照教科书的图案制作的啊?因为教科书就是错的!果然,按照多诺霍的指点修改模板后,沃森立即看出A配T,G配C,大小正合适,DNA拼图天衣无缝。
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染色体在细胞核里,由DNA双螺旋长链和蛋白质构成;DNA是遗传物质的载体。放大部分显示碱基配对的结构:A配T,G配C,大小正合适,DNA拼图天衣无缝。
2月28号中午,克里克冲进老鹰酒吧,大声宣布:我们发现了生命的秘密!
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3月7号,克里克收到威尔金斯来信,告知富兰克林下周离开,咱们终于可以齐心协力一起干了!克里克边读边看刚刚完工的模型。
在布拉格与兰德尔的介入下,《自然》于1953年4月25日同时发表三篇论文,沃森与克里克,威尔金斯和他的合作者,最后一篇是富兰克林和戈斯林,关于B型DNA的。沃森与克里克在文中含糊其辞地提到他们受了威尔金斯与富兰克林等人的启发,但并未详细说明到底是什么样的“启发”,也没有致谢。答谢中倒是提到了多诺霍关于核苷酸结构的帮助。富兰克林在此前已经写好的论文草稿中加了一句话,说自己的数据与沃森和克里克的模型相符。 她不知道,其实是沃森和克里克的模型与自己的数据相符。
斯人已去
富兰克林在贝尔纳实验室负责烟草病毒结构的研究。不久,刚刚拿到博士学位的克鲁格(Aaron Klug,1928 - 2016)加入了她的团队,开始了两人的长期合作。在他们的共同成就的基础上,克鲁格于1982年获得了诺贝尔化学奖。事过境迁,富兰克林抛弃成见,不仅经常请教克里克,还与克里克夫妇一起去西班牙旅游过;她和沃森也有了共同语言:烟草病毒;沃森还帮她在美国找过资助。1956年富兰克林旅美时开始患病,诊断为卵巢癌,1958年春在伦敦去世。
1962年,沃森,克里克和威尔金斯获得了诺贝尔生理学或医学奖。
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2003年,詹姆斯·沃森在哈佛讲座,纪念DNA双螺旋结构发现50年,并很开心地在他的不朽论文复印件上签名留念。
三、后记
这不是一个完美的故事。跟许多科学史上的重大发现一样,DNA结构的发现不仅仅是沃森和克里克个人天才的发挥,而是许多科学家共同努力的结晶。多诺霍就曾调侃说,如果不是他碰巧与沃森和克里克在同一个办公室的话,他俩还趴在那里拼凑模型呢!更何况没有威尔金斯、富兰克林和戈斯林,他俩哪里去找51号照片。另一方面,沃森有那么强烈的紧迫感,恰恰也说明,即使没有他俩,DNA结构也很快就会水落石出了。沃森和克里克当然是一流的科学家,但在这个故事里,“天时地利人和”起了决定性的作用。
1968年,沃森完成了自传《双螺旋》,从个人角度回顾了这一发现过程。在克里克、威尔金斯和几乎所有健在的当事人的强烈反对下,哈佛出版社也反悔了,虽然沃森当时就在哈佛当教授。沃森只好另外找了一家出版社。但《双螺旋》大获成功,成了当年的最畅销书,影响至今。这本书写得非常好,既把科学问题解释得清清楚楚,又把科学家的个性和小心眼写得活灵活现,再加上事件本身的重要性和戏剧性,可以极大地满足读者的求知欲和猎奇心理。但最大的影响其实在作者的意料之外。
沃森在书中把富兰克林描述成穿着没有品位、敏感易怒、既无知又不肯合作的死板女强人,但更多人读出来的,却是她对发现双螺旋结构的不可磨灭的贡献,先被他人利用再被如此贬低的荒诞,以及英年早逝的悲剧。富兰克林反而出名了,不仅成为任何关于双螺旋故事必不可少的主角(包括本书),而且也激起了社会对科学界丑陋传统的批评,科学界的自我反思,尤其是对女科学家的偏见和排挤。
从旁人的角度看,当年最窝囊的是威尔金斯;那段经历已成历史了,最窝囊的还是他,难怪他的自传都题为《双螺旋中的第三者》(The Third Man of the Double Helix)。但威尔金斯至少还获得了诺贝尔奖;自始至终都在干活的戈斯林,却只是一个历史的注脚,虽然最基本的技术发明,最关键的几张X光图像,包括51号照片,还都是他亲手做出来的呢!克里克本来觉得这种絮絮叨叨的坦白性文体太没品味,威胁要跟沃森一刀两断,但后来发现,在读者眼里,自己的形象还挺光彩照人,就又回心转意了。
但DNA反向双螺旋结构实在是太完美太奇妙了!薛定谔问生命是什么?原来,生命是一本用DNA密码写成的天书!在孟德尔发现遗传”因子“90年之后,随着双螺旋结构的发现,生命科学研究进入了黄金时代。
~the end~
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