DNA背后的“黑暗女神”,她才是DNA结构的真正发现者,却被遗忘了半个世纪

仪器共享

1953年4月25日,一篇题为《脱氧核糖核酸的结构》的论文发表在著名期刊《Nature》上

这一篇短短的不足千字的论文,却在生物界引起了轩然大波

沃森与克里克的论文

在此之前,生物学家们的研究还处于宏观阶段

即便格里菲思、艾弗里等人的实验已经证明了DNA是遗传物质

可DNA到底是什么样的,在那个显微镜还仅仅能达到300nm分辨率的时代,根本不可能看得到

可是1953年的这篇论文,却打开了分子生物学的时代

当那个完美的双螺旋形状出现在人们的眼中,人们不由得感叹造物主的神奇

不出意料,9年之后,这篇文章的作者沃森、克里克与威尔金斯共同获得了诺贝尔生理学与医学奖

这是自然科学领域的最高荣誉,当然应该颁给这三个分子生物学的奠基人

颁奖台上,沃森、克里克和威尔金斯享受着鲜花与掌声

在他们的获奖感言中,甚至都没有提到那个人

那个已经在4年前去世,却比他们三个人都更应该获得诺贝尔奖的人

她被誉为DNA的“第一夫人”,DNA背后的“黑暗女神”

她的工作为DNA的结构确定提供了决定性的依据

若是没有她,沃森与克里克几乎不可能在那个时候研究出DNA的双螺旋结构

然而在很长的一段时间里,她都被人所遗忘

罗莎琳·爱尔西·富兰克林(Rosalind Elsie Franklin)

这个名为罗莎琳·爱尔西·富兰克林(Rosalind Elsie Franklin)的女子

才是DNA双螺旋结构的真正发现者

富兰克林是个出色的物理化学家、结晶学家、X射线衍射技术专家

1920年的7月25日,她出生于伦敦一个富裕的犹太家庭

她的叔父是第一位进入英国内阁的犹太人

她的阿姨是女性参政权与工会活动的介入者

而她的父亲,则是伦敦工人学院的教授(后成为该校校长)

在这样的家庭中长大的富兰克林少了一分富家女的骄纵

却多了一分新时代女性的独立与对梦想的渴望

15岁的她就暗暗决定要成为一名科学家

尽管父亲并不希望她走上科研的道路,毕竟在那个时代,科学界对女性还是存在着或多或少的歧视

可执拗的富兰克林还是执意走了下去

少女时期的富兰克林

18岁的她从伦敦圣保罗女子学校考到了剑桥大学

3年后,当她顺利完成学业走出剑桥大学之时

她却没能拿到正式的学位,只拥有一个“名义上的学位”(decree titular)

这只是因为在那个时候,剑桥大学并不授予女性“文学士”学位(BA Cantab.)

剑桥大学

这并没有浇灭富兰克林对于科学研究的热情

从剑桥毕业后,她来到了罗纳德·诺里什(1967年诺贝尔化学奖获得者)的实验室工作

1942年,由于第二次世界大战的需求,她进入了不列颠煤炭利用协会

又是3年的时间,25岁那年,她通过了博士论文的答辩,拿到了物理化学的博士学位

战争结束后,富兰克林前往法国巴黎工作

她在巴黎的国家中央化学实验室里工作了3年,学习X射线晶体衍射技术

正是在这里,富兰克林关于煤炭研究的一些论文让她渐渐在国际上有了名声

X射线晶体衍射技术在晶体结构检测上的应用(罗布砂矿粉晶衍射图)

1950年,富兰克林受聘前往伦敦大学国王学院任职

她原本的研究主题应该是蛋白质的X射线晶体衍射

可她的上司——物理学家约翰·蓝道尔却给她派了新的任务

当时,DNA的化学结构的研究正是热点领域

无论是化学、物理或是生物学家,都希望能尽快破解DNA的结构秘密

在蓝道尔的安排下,富兰克林开始了对DNA结构的研究

在这间实验室里,还有着两位成员,威尔金斯与葛斯林

当富兰克林进入实验室的时候,威尔金斯正好在休假

按照蓝道尔的安排,富兰克林可以自己独立研究DNA,不用受到他人的干涉,并且接手威尔金斯的工作

可正在休假的威尔金斯显然不知道这件事情

莫里斯·威尔金斯

当威尔金斯度假归来,不知情的威尔金斯以为富兰克林是蓝道尔给自己派的助手

在威尔金斯的“指手划脚”下,富兰克林一下子就火了

从小就独立而倔强的她十分恼火威尔金斯对自己工作的干涉与打扰

在这间只有3个人的实验室里,气氛一下子降到了冰点

实验室里的富兰克林

威尔金斯显然不喜欢这个孤傲的搞技术的“女副手”

富兰克林也一点都看不惯这个“智商不够高”却喜欢掺和她研究的家伙

两个人的私交十分的恶劣,甚至到了互相不说话的程度

实验室里的威尔金斯

那时候的科学界,世界各地的科学家们还会互相讨论自己的研究结果

然而,对女科学家的歧视却处处存在

女性甚至不被准许在高级休息室里用午餐

她们被排除在科学家间的联系网络之外

被排除在对了解新研究动态、交换新理念、触发灵感十分重要的交流之外

虽然富兰克林当时已经在科学界有了一定的声誉

可她仍然被这样的歧视束缚着

就连她的实验样品,一种萃取自小牛胸腺的纯DNA样品,也是由威尔金斯在一场研讨会中拿到的

拿到实验样品,富兰克林很快开始了自己的研究

她利用自己在X射线衍射领域的知识,对样品进行了研究

她发现,干燥时候的样品,会呈现出细小的针簇状

而当样品与水接触,变潮湿后,又会变成一团黏胶状物质

敏感的富兰克林发现,这是DNA的两种形态

当DNA干燥的时候,会变得较短较粗,她给DNA的这种形态取名A型

当DNA潮湿的时候,会变得较长较细,她给DNA的这种形态取名B型

凭借着自己丰富的经验和实验技巧

富兰克林很快拿到了高清晰度的B型DNA的X射线衍射结构分析

她初步判断B型的DNA是一种螺旋形的结构

还按照布拉格父子提出的布拉格公式计算出了DNA分子平均直径和相邻核苷酸之间的间距等数据

DNA的三种构型(从左至右分别为A型、B型和Z型)

由于DNA易吸水也易脱水,并且水分子主要被吸引在DNA链中的磷酸基周围的特性

富兰克林运用Patterson函数分析中的堆积法,推测出磷酸基团应该在DNA链的外面,而碱基则位于链的内部

这是第一次提出这样的模型,也是为最终阐明DNA的结构迈出了最重要的一步

比起B型DNA,干燥的A型DNA的各种数据没有B型那么清晰而明显,她还不能确定A型DNA是否一定是螺旋型

她还曾经玩笑的给A型DNA写了讣告,称其告别了螺旋型的结构

因此,富兰克林的研究焦点一直都放在A型DNA上

为了避免威尔金斯的干扰,富兰克林直接把B型DNA的结构研究交给了威尔金斯,自己专心研究起了A型DNA的形态

富兰克林与葛斯林制作的讣闻,用来悼念A型DNA(结晶状DNA)的双螺旋结构

1951年11月,富兰克林提出了A型DNA的X射线衍射图,并进行了一场演讲

当时的沃森正好在剑桥大学的卡文迪许实验室里研究蛋白质的结构

在卡文迪许实验室,沃森遇到了克里克,两个对DNA结构都有强烈兴趣的科学家一拍即合,当下决定要合作研究DNA的分子结构


沃森与克里克

资料有限的沃森与克里克提出了DNA分子的三螺旋结构模型

富兰克林也被沃森与克里克邀请到了实验室里,参观两人的三螺旋结构模型

没想到的是,当富兰克林看到两人提出的模型

却没有想象中的惊喜,反而是一脸的嫌弃

在她看来,沃森与克里克走上了之前那些研究DNA结构的人的老路,没有认真进行研究,什么三螺旋结构,简直就是胡说八道

富兰克林的批评让沃森与克里克的上司很不开心,也停止了对沃森与克里克的研究支持,责令他们不准继续研究DNA

威尔金斯也以为沃森与克里克早已经没有在进行DNA结构的分析

1953年1月,威尔金斯与沃森和克里克相约一起吃午餐

在富兰克林不知情的情况下,威尔金斯将她的B型DNA的X射线衍射照片带给了沃森与克里克,那张被称为“照片51号”的DNA的X射线衍射照片清晰的显示出了B型DNA的化学结构

在威尔金斯的解释中,沃森与克里克了解到了关于DNA化学结构的大部分信息

DNA的X射线晶体衍射图(“照片51号”)

这张照片让沃森与克里克茅塞顿开

结合着之前的研究结果,两个人很快就研究出了DNA的化学结构,提出了DNA分子的双螺旋结构模型

而直到这个时候,醉心于研究A型DNA的化学结构的威尔金斯仍然被蒙在鼓里

她不知道自己的研究结果被别人看到了,也不知道沃森与克里克的研究竟然已经走到了这一步

1953年3月,富兰克林离开了国王学院,前往同属伦敦大学的伯贝克学院,而她并没有带走她的研究成果

伦敦大学伯贝克学院 Stratford校区

知道这个消息的威尔金斯喜悦之情溢于言表

威尔金斯给克里克写了一封信,说到“黑暗女士”(指富兰克林)已经离开了他的实验室

他们终于可以开始向大自然的秘密前进

来到了伯贝克学院的威尔金斯整理着自己之前的研究资料

当她将自己的实验数据都整理成文,正准备投稿发表的时候

她愕然的发现,沃森与克里克破解DNA化学结构的消息已经传遍了大街小巷

于是,她只能将自己的论文做了适当的修改,也同时提交到了《Nature》杂志上

DNA的化学结构及基本数据

1953年4月25日,《Nature》杂志上的3篇论文揭开了分子生物学的研究序幕

可作为DNA化学结构的第一发现者,富兰克林的论文却只能作为DNA双螺旋的一个补充证据

而DNA双螺旋结构真正发现者的荣誉,落在了沃森与克里克的身上

即便自己的研究成果在不知情的情况下被使用

即便沃森与克里克的论文中未经她的许可擅自使用了她的图片

富兰克林也只是笑了笑,反而为两人的发现感到高兴

DNA双螺旋结构的发现无疑是现代生物学发展的里程碑结果

各种荣誉与掌声将沃森与克里克捧到了全世界的面前

而富兰克林,却一心转向了TMV(烟草花叶病毒)的研究中

她带领着她的团队完成了TMV模子,研究了TMV对植物的传染,以及TMV蛋白质外壳里包裹的RNA

她还研究了会引起小儿麻痹症的脊髓灰质炎病毒,得到了美国国家卫生院的资助


感染了TMV的植物

1956年,富兰克林感到身体不适,她的腹部像是装了很多水的袋子一样肿了起来

经过检查,医生发现她患上了卵巢癌,那年,她只有36岁

两年后,1958年4月,富兰克林结束了她短暂却辉煌的一生

她身为女性,却始终有着一颗与男性一般奋斗、独立的心

她天资卓绝,在煤炭、DNA结构、X射线衍射、病毒研究方面都有所建树,却因为时代对女性的偏见而错失了一个又一个的机会

她处于一个“充满敌意的环境,如果她觉得自信和备受支持,她可能就会拥有惊人的想象力”

转自:微信公众号  生物谷

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网友评论1

  1. 值得敬佩!

    2016-11-19 上午11:43
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