[回顧]羅莎琳德·富蘭克林和雙螺旋

2021-01-15 幾隻青椒

羅莎琳德·富蘭克林Rosalind Franklin對發現DNA結構做出了不可或缺的貢獻。然而,很多人想了解她,不得不透過詹姆斯·沃森(James Watson) 《雙螺旋(The Double Helix)》這副有色眼鏡。這裡是Lynne Elkin寫的一篇文章,為想了解富蘭克林的人提供一些寶貴資料。


Physics Today 56, 3, 42 (2003);        

https://doi.org/10.1063/1.1570771    


1962年,哈佛大學的詹姆斯·沃森、劍橋大學的弗蘭西斯·克裡克、倫敦國王學院的莫裡斯·威爾金斯並排站立,接受了頒獎。他們因為「發現核酸的分子結構,對生命物質中的信息傳遞有重要意義」而諾貝爾生理醫學。但如果沒有國王學院的科學家羅薩琳德·富蘭克林的數據,他們不可能在1953年構想出這個DNA結


富蘭克林已於1958年因癌症去世,時年37歲,無法分享這一榮譽。頒獎會上,她的缺席無法忽略:這一邊慶祝DNA結構的發現達到了高潮,而另一邊幾十年來大家一直忽略富蘭克林對發現DNA結構的貢獻。她自己或許從來不曾知道,自己的數據對沃森和克裡克有多麼大影響。


圖1和圖2中,就是富蘭克林。


圖1. 託斯卡納為背景的這張照片,是1950年羅薩琳德·富蘭克林的朋友Vittorio Luzzati幫她拍的。



圖2. 用坩堝盛咖啡是Jacques Mering實驗室的傳統。羅薩琳德1947年到1950年在工作巴黎。據傳記作者Anne Sayre報導,在巴黎的這段時間是富蘭克林人生中最快樂的。這張照片是Vittorio Luzzati偷拍的。


生平簡述

富蘭克林出生於1920年7月25日,父親是商業銀行家埃利斯·富蘭克林(Ellis Franklin),母親是繆麗爾·韋利·富蘭克林(Muriel Waley Franklin)。父母都來自受教育良好、關心社會的猶太家庭。他們一家人很親密,喜歡熱烈討論甚至激烈爭論。羅薩琳德·富蘭克林政治傾向自由,她邏輯性強、個性執著,很擅長討論和爭論:她甚至還會和保守的父親爭論。在早年,羅薩琳德就表現出典型富蘭克林家族女性的特徵:創造性和自驅力;她的另一些特徵是繼承了母系韋利家族的女性特徵,她們一般都把自己的教育、才幹、技能專注於政治、教育等慈善社區服務。在學術嚴謹的聖保羅女子學院,年輕的羅薩琳德開始表現出對物理課和化學課的熱愛,這還挺讓人感到意外的;此後她在物理化學專業拿到自然科學學士學位。她的學士學位是劍橋大學紐納姆學院(Newnham)1941年頒發的。


1942年到1946年,富蘭克林在英國煤炭應用研究協會(British Coal Utilization Research Association)從事與戰爭相關的研究生工作。她因此在1945年獲得劍橋大學的博士學位,並受邀加入巴黎的化學中心實驗室(Laboratoire Central des Services Chimiques de l』Etat)。1947年到1950年,她在巴黎雅克·布林(Jacques Mering)的實驗室工作,精通於將X射線衍射技術應用到非完美晶體(例如煤)。在1946年到1949年間,她發表了5篇和煤相關的石墨化碳和非石墨化碳的文章,這些論文都具有裡程碑意義,今天仍然在被引用截至1957年,她還發表了十幾篇有關碳和煤的論文。她的文章改變了物理化學家對煤等物質的細微結構的認識。


在巴黎的實驗室,富蘭克林結識了很多朋友,周末經常和他們一起去遠足。她一直拒絕父母給她錢,選擇憑自己微薄的薪水過活,這讓她父母感到很挫敗。她的法語、法餐烹飪技術極其好。相對於傳統的英國中產習俗,很快她發現自己更適應智慧平等的「法國方式」。


也正因如此,1951年到1953年她在國王學院研究DNA期間,感覺到自己格格不入。富蘭克林選擇離開國王學院,並於1953年春季加入伯貝克(Birkbeck)學院。那裡的學生很多都是夜讀生,白天還要工作,他們的敬業態度留給富蘭克林深刻印象。


搬到伯貝克後,她開始和伯納爾(J. Desmond Bernal)共同研究菸草花斑病毒等RNA病毒,這項研究非常著名。1955年到1958年間,她發表了14篇關於病毒的論文,此外她還完成了3項研究,這些研究在她過世後由同事阿龍·克盧格(Aaron Klug)投稿發表。作為一位嚴謹的科學家,她逐漸成熟並開始相信自己的直覺 (見下文 Box 1)。


伯爾納為富蘭克林撰寫悼詞,形容她是一位「在物理化學中受大家認可的權威。」他總結說「作為一位科學家,富蘭克林小姐在所做的任何事情上都極其清晰和完美,非常傑出。她拍攝的圖像是世界上至今所拍到的最美的照片。[1]」

除了詹姆斯·沃森和馬克思·佩魯茨,每一個我採訪的科學家,都認為羅薩琳德·富蘭克林是卓越的科學家,她具有計劃、執行、分析一個好實驗的銳利思維和眼光。對她能力的質疑,主要來自她有無能力在解讀結果時做出「直覺跳躍」。這也主要是因為她在做DNA工作時,似乎對做「直覺跳躍」有猶豫。富蘭克林認為事實自己會說話。她渴望在有堅實的證據後再發表觀點。她此前的論文發表都非常成功,就說明這一點。她說過一個科學家不必特別會推測,這給人一種她不會推測的印象。


富蘭克林在國王學院的態度和科學態度,和Frederick Dainton的描述驚人吻合,。他是富蘭克林本科在劍橋大學時的物理化學老師。Dainton寫信給傳記作者安妮·塞爾,說「他被[富蘭克林的]直率所吸引...包括她捍衛自己觀點的方式,這麼做她從來不勉強。」Dainton認為富蘭克林是一個「非常private的人,有非常高的個人自我標準和科學標準,而且堅決誠實……有一次她告訴我,事實自己會說話,但她從來沒有完全接受我的催促,讓她必須試圖幫助她信息的接收者……正如你指出的,邏輯順序的論證對羅薩琳德來說意味所有全部……」 [13]。


弗朗西斯·克裡克認為,富蘭克林反對推測性思考DNA,所以不屬於偉大科學家。他說,問題可能不是富蘭克林缺乏直覺,而是她不信任直覺。此外,克裡克認為,富蘭克林的直覺在研究菸草病毒時迅速增加並成熟起來。如果富蘭克林在研究DNA時不能相信自己的直覺,那麼部分原因可能是她在國王學院沒有什麼人可以好好討論自己的觀點。富蘭克林在國王學院的任職不幸中斷。作為同意她將獎學金轉到伯貝克學院的條件,Randall讓富蘭克林保證不再做任何DNA實驗,甚至想都不能去想DNA。此外,富蘭克林被迫將她的衍射圖像留在國王學院,將確認DNA結構的工作移交給威爾金斯。人際衝突是富蘭克林在國王學院遇到的最大困難。而她作為女性,問題就更嚴重了。直到今天,我和其它一些女性同事會發現,如果一個男人表現出強勢的攻擊性行為,只會被認為讓人不快;但當一個女人表現如此時,經常是不可接受的。

發現DNA兩種形態

富蘭克林最享有盛名的工作,是為沃森和克裡克確定DNA結構提供了關鍵性數據。DNA是一個雙螺旋分子,大致的形態很像是一架旋轉樓梯。這個雙螺旋分子,由兩條不帶支鏈的多核苷酸組成,如果拉直了就是一個扶梯。扶梯兩邊的把手是交替的糖和磷酸鹽組,由被稱為3′或5′ 磷酸二酯鍵連接。兩個扶手上的原子順序正好是倒了個順序,因此大家會形容兩邊的分子主幹是彼此「反向平行」的。扶梯上的「臺階」是一對氫鍵連接的鹼基,它們連在「扶梯」主幹的脫氧核糖上。伯貝克學院的斯文·弗爾伯格(Sven Furberg)1949年時研究了其中一種鹼基(胞嘧啶)的核苷酸及核苷,發現鹼基和糖垂直:由此推斷出含水DNA[2]。


這些鹼基對組成了酮式環,而不是烯醇式的互換異構體 (這兩者的區別在於可形成氫鍵的氫原子的位置。)較小的單環的嘧啶,比如胞嘧啶 (C) and 胸腺嘧啶 (T),總是和較大的雙環的嘌呤,比如鳥嘌呤 (G) 腺嘌呤 (A) 結成對。事實上,沃森提出,G總是和C配對,A總是和T配對,解釋了為什麼DNA每一級「臺階」尺寸相同,也解釋了埃爾文·查戈夫(Erwin Chargaff)於1952年觀察到G和C在DNA中的數量總是差不多相等(A和T也一樣)。鹼基不規則的線性順序,以及不變的鹼基配對,構成了DNA的基因能力。


富蘭克林到國王學院不久,就開始操作實驗。她發現DNA存在兩類不同的形態,並把它們叫作A型和B型。這項工作主要是為了確定DNA結構,第一次展示是在在國王學院1951年11月的內部論壇上,此後於1953年發表於《自然》。在此之前,研究人員看到的DNA都是A型B型的混合因此面對X射線衍射圖深感困惑。


相對乾燥的A型DNA是晶體,含20%重量的水,相對溼度75%是最佳的配置環境。晶體結構中分子相連,可能是由於正離子(比如Na+)連接了在離子化的磷酸。完全水化的B型是類晶體(沒那麼有序),一般在生命體中呈現這種形態。A型DNA吸收本身重量的40%的水後,會得到B型,相對溼度90%是最佳的配置環境。含水量增加時,DNA分子更偏向於呈現低能量、雙螺旋的形態;A型的兩條螺旋主幹會打開,分子拉長30%,直到出現鹼基與軸垂直的B型。


富蘭克林緩慢而精確地給DNA樣品補水再脫水,從而得到了最好的A型DNA圖像。要準備樣品,她需要將從啫喱狀的DNA樣品中獲取DNA纖維,DNA樣品是威爾金斯從瑞士伯爾尼大學魯道夫·席格納(Rudolf Signer)那裡得到的。富蘭克林拉伸這些極其細的纖維,將氫氣打到鹽溶液中再把產生的潮溼氣體帶到樣品間,靠這樣來控制樣品間溼度。富蘭克林的博士生雷蒙德·高斯林說,氫氣漏得厲害,他很擔心突然間自己就被炸了,順帶還會炸了半個國王學院。


富蘭克林仔細處理A型到B型DNA之間的轉化,看到了尺寸的顯著變化,據高斯林說,樣品拉伸到實際上已「跳出了舞臺」。富蘭克林設計了傾斜的微聚焦相機,開發了改進DNA纖維在平行光下方向的技術,於是拍下了B型DNA的X射線衍射圖像。


富蘭克林的B型數據,加上她用在計算A型DNA上的Patterson柱坐標映射計算,就能確定DNA的密度、單個單元的尺寸、水含量。有了這些數據,富蘭克林提出這是一個雙螺旋結構,她還精細測量了半徑、在纖維軸方向上每根同軸纖維之間的距離、螺距。[3]


有了B型DNA的#51圖像(見圖3),富蘭克林能夠確定B型DNA螺旋的螺距34Å長,內含10對鹼基對,每一對之間相距3.4Å [3], 這和威廉·阿斯特伯裡(William Astbury)和弗洛倫斯·貝爾(Florence Bell)1938年的結果相吻合,雖然當年的數據沒有那麼精確[4]。威爾金斯1952年拍攝了精子活細胞,從中獲得了「X」的B型衍射圖案,和富蘭克林的很像。但富蘭克林的圖像,展示的細節要多得多。

 

圖3. 這幅衍射圖像 是羅薩琳德·富蘭克林於1952年5月拍攝的B型DNA,這明顯是同類中最好的一張。從這幅圖像得到的數據,對詹姆斯·沃森和弗蘭西斯·克裡克建立DNA結構模型,最終贏得諾貝爾獎,起到了很大的作用。



其它貢獻

富蘭克林用Patterson柱坐標映射計算A型DNA,這是有史以來第一次在分子計算上的應用。計算結果確認了她之前的想法,即親水的磷酸糖在DNA分子主幹的外側;而厭水的鹼基對在主幹內側,避開細胞的多水環境。從這個計算她還推斷出,A型螺旋有兩條反向平行的鏈(見圖4(d))。富蘭克林和高斯林一起,提供了B型DNA失水變為A型DNA轉化中的物理扭曲[5] 。她還展示了,A型的這些鹼基有點傾斜和彎曲,一個重複距離28.1Å中壓縮了11對鹼基。

4.筆記本記錄顯示,羅薩琳德·富蘭克林(a)意識到B型DNA可能是兩條鏈的螺旋;(b)了解查戈夫(Chargaff)比率; (c)知道大多數如果不是全部,DNA的鹼基是酮式結構 (我畫的圓圈表示了在酮式結構中氫的位置不同於烯醇式結構;(d) 確定了A型DNA的主幹鏈反向平行。


1952年,富蘭克林向國王醫學研究委員會(MRC)提交了一份報告。報告中有對磷酸之間距離的量化測量,並討論到磷酸是在外側。因為她的報告,沃森和克裡克放棄了鹼基在外的模型。起初,他們(還有萊納斯·鮑林)都認為鹼基在外,這樣才能夠傳遞基因信息。 


1952年5月,富蘭克林展示了螺旋主幹最清晰的證據——她的衍射圖像#51。雖然她不還清楚這些鹼基對是怎麼配對的,也不知道B型DNA的主幹反向平行,但從1951年開始的筆記清晰顯示,她在解決DNA結構的兩個最終問題上取得顯著進展。讀到June Broomhead的一篇文章[6]之後,她學習了相關論文,在四個鹼基中的至少三個用了酮式結構。她知道傑瑞·多諾霍關於鹼基互易形態的工作和查戈夫的工作。(見圖4).


此前,阿斯特伯裡和貝爾獲得了衍射圖像,但沒有那麼清晰。後來威爾金斯的數據,預示了富蘭克林從圖像#51中可推衍的數據。但阿斯特伯裡和貝爾的圖像沒有顯示「X」圖案,也沒有layer lines。相比較,富蘭克林的結果更精確。阿斯特伯裡和貝爾認為自己的結果「還很模糊費解」。牛津大學的晶體學家多羅西·霍奇金(Dorothy Hodgkin)幫她排出計算得到的2到3中可能性,富蘭克林在1952年MRC報告中描述了DNA正確的晶體空間群。


克裡克的論文導師馬克思·佩魯茨(Max Perutz)答應給他一份富蘭克林1952年的報告。克裡克看過富蘭克林的數據後(而沃森看過富蘭克林#51的圖像),才開始搭建DNA模型主幹。他意識到富蘭克林計算的空間群和他論文中的分子(血紅蛋白)的空間群很像,於是他迅速推斷這是兩條DNA同軸纖維反向平行。不到一周,他開始搭建正確的主幹模型,以匹配富蘭克林的數據。在好幾個場合,克裡克都承認富蘭克林1952年報告中的這些數據和結論是關鍵性的。


富蘭克林1953年3月17日的手稿

1953年3月18日,威爾金斯寫了一份回執,表示收到沃森和克裡克描述DNA結構文稿。一天前,富蘭克林正準備離職去伯貝克學院,將她關於B型DNA雙螺旋主幹及早就寫好的手稿[7]進行了潤色,做少量調整,並在1953年4月《自然》期刊上發表。富蘭克林的文章跟隨沃森、克裡克的那篇一起發表,是一個系列裡的第三篇。可能因為順序的緣故,富蘭克林的論文看起來只是支撐了沃森和克裡克的工作。但富蘭克林的數據不僅僅是支持作用,這一點,沃森在1968年的《雙螺旋》中告訴了我們。 


諷刺的是,《雙螺旋》儘管對富蘭克林描述負面,但卻讓人們開始關注,富蘭克林對沃森和克裡克模型提出的貢獻。這本書記錄了,沃森聽了富蘭克林1951年的論壇報告,把錯誤數據報給克裡克,其後兩人立馬搭出了一個錯誤的模型。這本書還詳細記錄,他倆有13個月毫無進展。而當威爾金斯給沃森看了富蘭克林的#51圖像、佩魯茨給克裡克看了富蘭克林1952年的報告後,他們迅速搭建了正確的模型。


富蘭克林的工作對發現DNA結構的重要性,一直未被很好地記錄;最近因為各種理由才開始,理由不在這裡展開說。相關的問題包括婦女在歷史記錄中被低估,雖然已有幾位作者努力在糾正這一個不平衡[8];沃森和克裡克慣例優先引用資深的威爾金斯而非富蘭克林,而威爾金斯重複了很多富蘭克林的工作。此外,威爾金斯被提名為皇家學院成員,富蘭克林沒有被提名,雖然當時她對TMV的研究很著名。


國王學院MRC的內部衝突

富蘭克林是傑出且收穫頗豐的科學家。她個性強且迷人,每一個遇到過她的人都對她印象深刻。在職業生涯中,她日常會和男女同事一起吃飯,認識她的人大都喜歡她。她有很多終身的朋友,他們認為她聰明、迷人、機智、有趣。大多數和她共進午餐的同事都同意這點,但這僅限午餐時間。羅薩琳德一旦回到實驗室,就會甩開每一分每一毫的輕鬆心情,專注於自己的工作。


更甚,她在去實驗室的路上,經常迴避晨間咖啡和下午茶,而傾向對工作更直接的批評。這簡直就是對英國式社交的離經叛道。富蘭克林國王學院的同事,認為她的著裝、興趣、脾氣都「太法國」。她出奇地直接、專注、嚴謹,希望直接進入熱烈的辯論。她非常堅定、頑固、好爭辯、生硬,以至於同事(特別是威爾金斯)認為她令人不快。 


非常偶爾,她也會偏離慣例,開個玩笑。例如,富蘭克林曾得到數據顯示出A型DNA不是雙螺旋,於是她邀請大家參加「螺旋之死」的葬禮 (見 Box 2)。但國王學院的同事通常根本注意不到這些,一直都很認真嚴肅對待她。


富蘭克林敏捷、熱烈、堅定、直接對抗,而威爾金斯超級害羞、不直接、緩慢,甚至看起來有點呆板慎重。所有來自國王學院員工的證詞都說,他倆之間的衝突雙方都有責任。MRC的負責人John Randall也有責任。他寫信給富蘭克林,交付DNA結構研究的工作,卻沒有同時告知威爾金斯;他也沒有提醒富蘭克林,威爾金斯對DNA研究仍有興趣。


Randall和威爾金斯確實為富蘭克林創造了條件。基於她的的專長,他們以資深崗位聘用她,給了她非常好的實驗條件以及高質量DNA,還有不錯的經費支持。然而,雖然相比同時期,在MRC的女性已經被很好對待,但仍然不能和男性得到同等待遇。總體來說,國王學院MRC的女性提拔沒有男性來得快。另外,高斯林告訴我,女性不允許午飯後到樓上的吸菸室喝咖啡。他解釋說,「這個長開間極好,窗邊有座位。」毫無疑問,人們在那裡會很自然地開始一場輕鬆的科學對話 。



莫裡斯·威爾金斯在缺乏清晰的證據前,就堅持說DNA是螺旋形的。這讓羅薩琳德·富蘭克林極其惱怒。當然他還有很多事情讓她不快。


富蘭克林非常清楚,A型DNA的X射線衍射圖片中,沒有清晰的表明是螺旋的「X」型圖案。A型的圖像,顯示出各種反射,詳細而令人迷惑。她只能用複雜又嚇人的柱形Patterson分析來解讀。因此,從1952年4月18日開始的五個月左右時間,富蘭克林記錄了A型的一些誤導性的、明顯雙向不對稱的數據。她因為結果可能會惹惱威爾金斯而感到任性的樂趣。作為玩笑,她寫了一封「螺旋的死亡」葬禮邀請函。從對雷蒙德·高斯林、威爾金斯等人的採訪中可以證實,她確實寫了這封邀請函。


但這封邀請函,散發有多廣泛有多鄭重其事,是另外一回事了。在採訪中,只有一位衍射專家Alec Stokes說自己收到過邀請函。一些人說他們看到過有一封邀請函貼在布告欄,大多數人說他們從沒有見過。人們一般認為大量邀請函可能被郵寄,但所獲得的證詞和這一說法不符。



歷史學家Horace Judson和Robert Olby認為,這份邀請函說明富蘭克林是反對螺旋模型的,雖然Olby認為這也是一個玩笑[10,11]。相反,富蘭克林的學生雷蒙德·高斯林堅稱,富蘭克林考慮過B型DNA驚人的「X」圖案是螺旋。檢查富蘭克林的筆記本也可以得出相同結論,雖然富蘭克林有一陣子確實懷疑A型是螺旋。



沃森的看法:《雙螺旋》 

在《雙螺旋》一書中,沃森回憶富蘭克林,描述了他們在1951年到1953年之間3次簡短的會面。沃森誇張描述的「羅莎」,是富蘭克林個性中比較難相處的一面。沃森的描述和其他人的評價相差甚遠:她的同事認為她是位能力很強的科學家,她的朋友認為她很迷人。在他筆下,富蘭克林是促進沃森和克裡克產生觀點的有效策略,但多虧有他倆,才把這個觀點從她那裡拯救了出來;而且這個「好鬥的」女人「無會控制情緒」,也不知道如何解讀自己的數據。沃森還將富蘭克林描述成威爾金斯的助手,能力平庸,夠不上諾貝爾獎的水準,這些描述當然是不正確的。他發表的這本書遭到DNA關鍵參與者的強烈反對,他們對書中有太多不準確描述感到不滿[9]。 


不幸的是,沃森這本引人入勝、充滿不敬的短小圖書賣了百萬冊,對於很多人來說——特別在美國——這成為大家了解DNA歷史的主要來源。如此一面之詞的描述被作為歷史事實,讓人擔心它會帶來巨大影響。沃恩如此對待當時已過世不受誹謗保護的富蘭克林,尤其令人不安。


沃森對富蘭克林的描述,沒有受到其它出版圖書的大型挑戰,直到安妮·塞爾(Anne Sayre)在1975年發表了傳記《羅薩琳德·富蘭克林和DNA》(Rosalind Franklin and DNA) (W. W. Norton)。塞爾提了一個令人尷尬的科學問題:為什麼當時富蘭克林會把數據給沃森、克裡克、威爾金斯這三位科學家,這三位當時並不能回饋她什麼;如果沒有富蘭克林的數據,沃森和克裡克會在哪裡?為什麼他們沒有明確、得體地認同富蘭克林的貢獻?令人遺憾是,塞爾因為錯誤地評判了MRC中的婦女地位,她作品的影響力也因此減弱。她誤以為富蘭克林在MRC的遭遇在國王學院中很常見,因此她錯誤地將富蘭克林的麻煩解讀為國王學院的性別歧視。之後他人的陳述,對性別問題[10]和個性問題[11]不屑一顧,雖然很多方面看很優秀,但它們沒有回饋塞爾提出的尖銳問題,也沒有足夠強調沃森和克裡克模型離不開富蘭克林的數據。幸好,Brenda Maddox於2002年出版的富蘭克林傳記[12],寫得很好很全面,不僅考慮到了承認貢獻的問題,也糾正了對性別和個性方面的錯誤解讀。也許,這比此前的文字更能全面地教育公眾。(見Physics Today, February 2003, page 61上對Maddox圖書的評論)。


感謝得不夠

在1953年的論文中,沃森和克裡克稱:「M. H. F. 威爾金斯博士、R. E. 富蘭克林博士和他們在倫敦國王學院的同事有一些尚未發表的實驗結果和觀點,了解其蘊含的性質,對我們有啟發。」(stimulated by a knowledge of the general nature of the unpublished experimental results and ideas of Dr. M. H. F. Wilkins, Dr. R. E. Franklin and their co-workers at King’s College, London.)這段話出現在原論文的最後一節。含糊的措辭讓人容易誤解富蘭克林的角色。無論出於什麼本意,大多數人讀了以後,都覺得富蘭克林的工作就是確認了沃森和克裡克的工作。這大概是科學寫作歷史上最低調的一次描述。


以富蘭克林的脾氣,如果她知道沃森和克裡克這麼大程度地用了她的數據,她應該會非常生氣。1951年有一次,一個會議上認識的人計劃發表她的觀點而沒有作合理引用和承認,富蘭克林對此大怒。富蘭克林給這個人寫了一份信,要求當合作者,信中的措辭和語氣嚇到了對方。


1954年,克裡克和沃森《皇家學會期刊》(Proceedings of the Royal Society)上發表了詳細的方法論文章。在那篇論文裡,他們引用富蘭克林時經常含糊其辭。他們提到她數據的重要性時,四次中有三次先提到威爾金斯的數據,這讓人感覺這兩位科學家的貢獻一樣重要。兩次他們在似乎對富蘭克林貢獻清晰肯定後,加了撤回的聲明,例如「我們應該同時提到,國王學院X射線圖像的細節並沒有給我們看,對結構的構思是大量模型建立的結果,這裡主要的工作是周到立體化學可行的結構。」 他們可能確實不知道所有的細節,但他們肯定了解到其中的很大一部分 (見下方 box 3)。


另一次本來可以致謝富蘭克林的機會,是在1962年的諾貝爾獎頒獎儀式上。沃森和克裡克都沒有感謝富蘭克林讓他們的發現成為可能,連她的名字都沒提,雖然據威爾金斯回憶,克裡克請他提一下富蘭克林。考慮到威爾金斯厭惡富蘭克林,這個要求很像是在轉移責任。事實上,威爾金斯只是稍微提到了富蘭克林;克裡克講的是基因編碼,這和富蘭克林的工作無關;沃森講到RNA,包括RNA病毒,富蘭克林是那些病毒的專家,但在沃森59篇文獻引用中,沒有一項是富蘭克林的工作。直到今天,沃森還在強調,雖然富蘭克林是一個有天賦的實驗者,但她不能很好地解讀她自己的DNA數據。


化學家傑瑞·多諾霍認為自己沒有受到充分肯定,是他堅持讓詹姆斯·沃森嘗試用酮式鹼基來建模DNA。他向歷史學家Horace Judson表達了自己沮喪。多諾霍寫道,「不可否認,1952年到1953年,如果命運沒把我安排和沃森和克裡克共用一間辦公室,他們還『依然』在試圖拼湊『like-with-like』 烯醇式鹼基。[14]」埃爾文·查戈夫也感到沒有被足夠認可,是他發現了DNA鹼基中G和C的數量大致相等(A和T也如此)。


莫裡斯·威爾金斯感到受挫,因為他曾希望和沃森、克裡克合作。1951年,富蘭克林加入倫敦國王學院MRC。當時,威爾金斯不具備她所有的多年衍射經驗;和國王學院生物物理單元的很多同事一樣,他是一位富有成就的科學家,努力將此前經驗應用到生物問題中來。結果,其它MRC單元嘲笑生物物理單元是「Randall的馬戲團」(主任是John Randall)。威爾金斯在說到富蘭克林時,也承認了Randall單元的本質:「我們是業餘的,而她是專業的。」


威爾金斯學得很快,也找到了可靠的合作者。到1953年初,富蘭克林記錄著名的#51圖像後的八個月後,他和赫伯特·威爾森(Herbert Wilson)就能使用很多不同的DNA源來獲取X射線圖像,這些圖像有足夠細節能用來研究結構[15]。此後,威爾金斯設計了高解析度的X射線相機,能讓自己的團隊拍攝衍射圖像,幫助確認和優化沃森和克裡克的結構。威爾金斯1950年和高斯林一起,在國王學院開始了DNA結構研究,他拍攝了當時最好的DNA圖像——其中一幅顯示了DNA高度晶體化,預示DNA結構問題可以用X射線衍射來解決。威爾金斯比克裡克早很多就意識到DNA對基因的重要性,他從Rudolf Signer獲得了高品質的DNA樣品,支持聘用經驗豐富的X射線衍射專家羅薩琳德·富蘭克林。所有在國王學院接受我採訪的人,都尊重威爾金斯,大家都認為他的貢獻值得獲諾貝爾獎。


富蘭克林在幾乎每一個講述的DNA故事中都很顯眼,但對她的描述各不相同。沃森和克裡克做出了20世紀最重要和令人驚嘆的科學發現。但這種榮耀因他們對待富蘭克林和威爾金斯的方式而失色不少。考慮到沃森和克裡克最直接用到的數據來自富蘭克林,科學家應該擺出一個嚴肅的姿態,使用例如「沃森、克裡克和富蘭克林的DNA結構」這樣的措辭。


非常重要的是,我們必須停止貶低富蘭克林的聲譽。同樣重要的是,我們要避免進一步模糊她難以相處的個性特徵。我們不應該盲目崇拜她,將她視為科學界很多女人不被公平對待的象徵。她和威爾金斯的複雜關係通常被過分簡單化。實在沒必要不準確描述或歪曲三個諾貝爾獲得者(以及富蘭克林)的形象:這份巨大的榮耀足夠讓他們四人分享。


作者Lynne Elkin:感謝Barbara Low, Mary Singleton, Martha Breed, Marilyn Goldfeather, Paulina Miner給了我很多有幫助的編輯建議,感謝Richard Hasbrouck協助準備圖片。


拓展閱讀:

【真實的科學】發現DNA結構:競爭與合作


參考文獻:

1. J. D. Bernal, Nature 182, 154 (1958).

2. S. Furberg, Acta Crystallogr. 3, 325 (1950); Acta Chem.Scand. 6, 634 (1952).

3. These figures are quoted in Franklin’s 1952 Medical Research Council report and her unpublished 17 March 1953draft paper. The draft was discovered many years later andwritten about by A. Klug in Nature 219, 808 (1968); 219, 843(1968); 248, 787 (1974).

4. W. T. Astbury, F. O. Bell, Nature 141, 747 (1938); Cold SpringHarb. Symp. Quant. Biol. 6, 112 (1938).

5. R. E. Franklin, R. G. Gosling, Acta Crystallogr. 6, 673 (1953);6, 678 (1953).

6. J. Broomhead, Acta Crystallogr. 4, 92 (1951).

7. A. Klug, Nature 219, 808 (1968); 219, 843 (1968); 248, 787(1974).

8. M. Bailey, American Women in Science: A Biographical Dictionary, ABC-CLIO, Santa Barbara, Calif. (1994); G. KassSimon, P. Farnes, eds., Women of Science: Righting theRecord Indiana U. Press, Bloomington, Ind. (1990); M. B.Ogilvie, Women in Science: Antiquity Through the NineteenthCentury. A Biographical Dictionary With Annotated Bibliography, MIT Press, Cambridge, Mass. (1986); M. W. Rossiter,Women Scientists in America: Struggles and Strategies to1940, Johns Hopkins U. Press, Baltimore, Md. (1982); M. W.Rossiter, Women Scientists in America: Before Affirmative Action, 1940–1972, Johns Hopkins U. Press, Baltimore, Md.(1995).

9. See for example, W. Sullivan in J. D. Watson’s The DoubleHelix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA, Norton Critical Edition, G. S. Stent, ed., W. W. Norton,New York (1980). Copies of original letters are in the NormanCollection on the History of Molecular Biology in Novato,Calif.

10. F. H. Portugal, J. S. Cohen, A Century of DNA: A History ofthe Discovery of the Structure and Function of the GeneticSubstance, MIT Press, Cambridge, Mass. (1977); H. F. Judson, The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution inBiology, CSHL Press, Plainview, N.Y. (1996).

11. R. C. Olby, The Path to the Double Helix: The Discovery ofDNA, Dover, New York (1994).

12. B. Maddox, Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA,HarperCollins, New York (2002).

13. The original letter is in the Anne Sayre Collection of the Microbiological Society Archives at the University of Maryland,Baltimore County. See also ref. 12.

14. The original 5 March 1976 letter is in the Anne Sayre Collection of the Microbiological Society Archives at the University of Maryland, Baltimore County. See also ref. 12.

15. H. R. Wilson, Trends Biochem. Sci. 13, 275 (1988).




   


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