推翻DNA之父沃森的說法！Nature公佈雙螺旋結構真正貢獻者

每一個醫生和醫學生都對 DNA 的雙螺旋結構耳熟能詳。

1962 年，三位科學傢沃森（James Watson）、克裡克（Francis Crick）、威爾金斯（Maurice Wilkins）因這一發現榮獲諾貝爾生理學獎或醫學獎。

威爾金斯、沃森、克裡克在諾獎頒獎典禮

但令科學界惋惜的是，另一位作出重要貢獻的女科學傢富蘭克林（Rosalind Franklin）於 1958 年因卵巢癌離世，未能等到這一榮譽。

對於如何界定 DNA 結構最初發現者的爭論，科學界曾有傳言表示，這 3 位諾獎獲得者能夠發現 DNA 雙螺旋結構是因為他們從富蘭克林那裡「竊取」瞭重要數據：一張名為「照片 51 號」的 DNA X 射線圖像。

而 DNA 的發現者之一沃森曾在 1968 年出版的《雙螺旋》表示：雖然富蘭克林是一位化學傢，但她無法理解自己的 DNA 數據，這或許是她未能發現 DNA 雙螺旋結構的重要原因。

事實果真如此嗎？

今年 4 月，在 DNA 雙螺旋結構發現 70 周年之際，Nature 發表來自曼徹斯特大學和約翰霍普金斯大學兩名學者合作的評論文章推翻瞭沃森的說法，提出富蘭克林對 DNA 結構的發現做出瞭真正的貢獻，與其他 3 位科學傢貢獻均等。

Nature 發佈評論文章截圖

Nature：富蘭克林是發現 DNA 的第 4 位貢獻者

2022 年，為探究富蘭克林對於發現 DNA 的真相，兩位文章作者翻閱瞭富蘭克林在英國劍橋丘吉爾學院的檔案和筆記，意外發現兩份塵封已久的文稿材料。

一份是 1953 年由《Times》記者與富蘭克林協商後撰寫，但最終未發表的新聞草稿；另一份是富蘭克林的同事寫給克裡克但從未公開過的信件。

這兩份資料都表明，富蘭克林和威爾金斯一樣，與沃森和克裡克的貢獻相當，在早期發現 DNA 雙螺旋結構的行為中采取瞭關鍵行動，提供瞭關鍵數據。

她並非如沃森說的不能理解 DNA 的結構，而是「解析雙螺旋四人組中平等的一員」。

二戰結束後，富蘭克林在法國巴黎的國傢中央化學實驗室待瞭三年，專註研究 X 射線晶體繞射技術，她發表的一些使用 X 射線晶體繞射技術研究煤炭的研究論文使她在國際上初露頭角。

20 世紀 50 年代初，科學界對於 DNA 的結構和功能仍然不清楚。在倫敦國王學院，由醫學研究委員會資助、蘭道爾（John Randall）領導、威爾金斯擔任副手的生物物理學傢們正在使用 X 射線衍射法研究分子結構。

1951 年，富蘭克林加入該隊伍，開啟瞭 DNA 結構的研究之旅。

富蘭克林

得益於之前的研究經驗，富蘭克林在開發對 DNA 分子進行 X 射線衍射技術時，使用瞭一種新型高精度 X 射線管與微型相機，並發明瞭一個能控制濕度的攝影箱。

富蘭克林很快就發現，DNA 樣本在不同的濕度范圍下存在兩種不同的形式：在相對濕度高於 75% 時，DNA 分子呈細長狀（她稱之為 B 型），而在相對幹燥的條件下則變得短而粗（她稱之為 A 型）。

隨後，在蘭道爾的分配下，富蘭克林專註於 A 型，威爾金斯專註於 B 型。

1952 年 5 月，富蘭克林和另一位研究員葛斯林（Raymond Gosling）拍到瞭一張 B 型 DNA 的 X 射線晶體衍射照片。

這張被譽為「有史以來最美的一張 X 射線照片」就是著名的「照片 51 號」，它被視為分子生物學的哲學基石，是「生命秘密」的關鍵發現。

DNA 的 X 射線晶體衍射照片 51 號

富蘭克林意識到這是某種螺旋，在高濕度下，水分子擠滿瞭 DNA 中的原子，產生瞭一種她描述為腫脹、分裂、無序的結構。

照片 51 號

對發現 DNA 雙螺旋機構的重大意義

在富蘭克林離開不久，葛斯林將「照片 51 號」作為紀念品送給瞭威爾金斯。

威爾金斯在未得到富蘭克林許可的情況下，將這張照片展示給沃森和克裡克，這一點也曾在沃森於 1968 年出版的《雙螺旋》一書中得到證實。

1953 年 2 月，沃森和克裡克決定重啟對 DNA 結構模型的研究。同年 3 月，沃森和克裡克在實驗室中聯手搭建的 DNA 雙螺旋模型宣告成功。

沃森、克裡克在 DNA 雙螺旋模型前

多年以後，沃森回憶當時看到「照片 51 號」時的情景：「我張大瞭嘴，脈搏開始跳動。盡管自己不是一位受過訓練的晶體學傢，但也有足夠的知識，知道照片中的 X 造型，意味著 DNA 是一個螺旋線，很可能就是雙螺旋線。即使克裡克是物理學傢，他也知道重要的生物體總是成對出現」。

誠然，沃森和克裡克能成功解析雙螺旋結構模型，離不開多位科學傢的助力。

比如查格夫（Erwin Chargaff）告訴他們 DNA 堿基之間的比例，A 和 T 總是相等，G 和 C 也是相等；多諾休（Jerry Donohue）對正確的化學同工型的見解證明瞭這一比例；阿斯特伯裡（William Astbury）為堿基配對提供瞭幫助……

然而，這些幫助都沒有富蘭克林的「照片 51 號」來得重要。

富蘭克林在 DNA 結構的其他貢獻

1953 年 2 月，由於與研究所主管蘭道爾以及同事威爾金斯長期不和，富蘭克林離開倫敦國王學院，前往倫敦大學伯貝克學院工作。

在離開國王學院之前，富蘭克林仍在努力完成 DNA 分析，並為雙螺旋的發現貢獻瞭幾個關鍵結論：

區分瞭 A 和 B 兩種形式，解決瞭一個讓以前的研究人員感到困惑的問題：20 世紀 30 年代的 X 射線衍射實驗無意中使用瞭 A 型和 B 型 DNA 的混合物，產生瞭無法完全分辨的渾濁圖案；

發現 DNA 的單位細胞是巨大的，測定瞭單位細胞表現出的 C2 對稱性；

據筆記顯示，富蘭克林接受瞭 A 型可能也是有兩條鏈的螺旋形狀，意識到任何堿基序列都是可能的。正如她所指出的，無限多樣的核苷酸序列將有可能解釋 DNA 的生物學特異性。

遺憾的是，富蘭克林沒有理解互補堿基配對：A 隻能與 T 結合，C 隻能與 G 結合，每對堿基在分子中形成相同的結構。

她也沒有意識到，她的數據表明這兩條鏈的方向不同，或者在高濕度下發現的 B 型一定是生物功能型，而 A 型隻有在實驗室條件下才能發現。

1952 年底，來自卡文迪許實驗室的佩魯茲（Max Perutz）收到瞭一份來自倫敦國王學院生物物理部門的報告副本，該副本明確報道瞭富蘭克林對 B 型 DNA 的精確測量，以及證明 DNA 成反向螺旋的關鍵證據。

在 1953 年 4 月發表的三篇 DNA 結構論文中，沃森和克裡克提及，雖然他們不知道具體細節，但還是「被威爾金斯和富蘭克林未發表的實驗結果和想法所激勵」。

1954 年，在沃森和克裡克發表的另一篇論文中，他們表示「如果沒有富蘭克林的數據，DNA 結構的解析即使不是不可能，也是最不可能的」。

如果非要劃分這四位科學傢的分工與貢獻，那麼可以沿用《Times》記者在新聞草稿中描述的，這項工作分別由「兩個團隊」完成。

由威爾金斯和富蘭克林組成的團隊一使用瞭 X 射線分析收集實驗證據，而另一個由沃森和克裡克組成的團隊二則致力於理論研究，最終促成瞭 DNA 雙螺旋結構的順利問世。