遲來的綻放,DNA雙螺旋結構發現背後的黑暗女士,沒有被歷史遺忘

科學的發明、發現離不開科學家們一代代的知識積累、傳承，也離不開相互間的競爭。

1953年4月25日，在《自然》雜誌上，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克裡克博士發表了一篇論文《脫氧核糖核酸的結構》，首次揭示了脫氧核糖核酸（DNA）的雙螺旋結構。這是科技史上劃時代的大事，它的發現使人類認識到生命遺傳的本質，開創了分子生物學的時代。

《自然》雜誌也發表了羅莎琳德·富蘭克林女士關於DNA結構的論文，但她晚了一步，她的論文只能當做先前論文的進一步論證。

羅莎琳德·富蘭克林女士

1962年，沃克、克裡克、威爾金斯因為對DNA結構的研究而共同獲得諾貝爾生理醫學獎。榮譽、金錢、掌聲之下，富蘭克林女士無人提及，她被刻意地遺忘了。但隨著時間的流逝，人們卻驚訝地發現，她才可能是這一發現的幕後之人。

一、前人的肩膀

經過8年的研究，現代基因學之父孟德爾發現了生物遺傳的基本規律，"遺傳分離規律"與"基因自由組合規律"，這是揭示生物遺傳奧秘的基本規律。1865年，他又提出用一種結構化的方式來思考"遺傳因子"，但他太超前了，以致他開闢的道路荒蕪三十多年沒人能識。

1、遺傳與染色體

20世紀初，人們認識到孟德爾研究的價值。我們已能預測一些生物特徵會可預測地傳給下一代，但這背後真正的生物機制是什麼呢？這些特徵是如何在細胞或分子層面上被編成密碼的？

1902年，博韋裡和薩頓通過觀察到染色體在細胞分裂時的分離與重組，提出了染色體理論。而這些與孟德爾所描述的遺傳因子非常吻合。

摩根團隊的研究方向是一種眼睛色彩突變的遺傳方式，他們得出了該遺傳特徵存在於x染色體上的結論。他們又以果蠅為研究對象，證明遺傳因子確實存在於染色體上。

現代基因學之父孟德爾

但染色體內部構造和功能是什麼？人們知之甚少。

染色體由蛋白質和DNA組成，一開始，人們傾向用蛋白質來解釋遺傳，因為蛋白質是十分多樣化的複合體分子，當時DNA被認為是單調的分子，缺少多樣性。

2、靠攏DNA

在蛋白質上，人們未找到遺傳的密碼。反而，對DNA分子的認識日漸加深。

格裡菲斯在實驗室裡，將高溫殺死的細菌和其他活體細菌混合，活體細菌轉化為之前那種被高溫殺死的細菌。這就表明，有某種未知的要素，在這兩種細菌之間移動。

1944年，艾弗裡、馬克卡迪、麥克勞德提供了新的證據，表明"未知的要素"很可能就是DNA。此後，這一說法得到越來越多的證據。

赫爾希和蔡斯也進行了實驗，並得出了肯定的結論："不是蛋白質，是DNA。"

奧地利猶太生物學家埃爾文·查戈夫注意到，DNA中含氮鹼基所出現的頻率因物種而異。他在1950年發現，DNA中的腺嘌呤與胸腺嘧啶數量幾乎完全一樣，鳥嘌呤與胞嘧啶的數量也是一樣。這似乎暗示他們之間相互有著某種聯繫。也許存在著某種配對。

但DNA結構是怎樣的？它是怎樣把遺傳基因變成密碼的？科學突破之前，一場新的競賽拉開帷幕。

DNA的三種構型

二、最有希望的團隊

20世紀50年代，DNA的化學結構是各國科學家研究的熱點領域，化學、物理、生物學家，跨學科的進入其中，都希望能儘快破解DNA的結構秘密。毋庸諱言，先人一步者肯定將成為諾貝爾獎的得主，大家心知肚明。當時，最有希望的團隊有三個：

1、萊納斯·鮑林團隊

萊納斯·鮑林在當時已是知名的科學家，在量子化學和結構生物學都有著傑出的成就，是1954年諾貝爾化學獎的獲得者。他們在蛋白質的分子結構等領域已經走在世界的前沿。毫無疑問，他的團隊最有實力，是發現DNA結構的最有力競爭者。

萊納斯·鮑林，獲得諾貝爾化學獎、和平

2、威爾金斯、富蘭克林團隊的先天優勢及缺陷

①、優勢明顯：威爾金斯、富蘭克林的強項是實驗物理，他們的獨門絕技是"X射線衍射技術"。可見光的波長比DNA分子要長得多，因此可見光狀態下看不見DNA，就如同拿尺子去量頭髮絲，無法得出結果。

而X射線不同一般光線，它的波長比分子要小，用它照射晶體分子，就會向不同方向發生彎折，從而得到相應的衍射圖。

②、最大的缺陷就是不團結：事情似乎一開始就走在了歧路上，富家女羅莎琳德·富蘭克林從小的志向是成為科學家，這對那個年代的女性並不容易。她21歲從劍橋大學畢業，但沒有正式學位，因為當時劍橋大學並不授予女性"文學士"學位。

25歲時，富蘭克林獲得物理化學的博士學位，前往位於巴黎的國家中央化學實驗室。在此三年間，關於煤炭研究的一些論文讓她在國際上有了些知名度，她還學習X射線晶體衍射技術。

1950年，富蘭克林受聘倫敦大學國王學院，研究蛋白質的X射線晶體衍射。但負責管理的物理學家約翰·藍道爾卻安排她研究DNA結構，這是最前沿的科學，富蘭克林欣然接受。

富蘭克林、威爾金斯

實驗室共三名成員，除了富蘭克林、還有威爾金斯與葛斯林，威爾金斯正在休假。

藍道爾安排富蘭克林接手威爾金斯的工作，可以獨立的研究，不用他人約束。但威爾金斯顯然不知道此事，當他度假歸來，還以為富蘭克林是藍道爾給自己派的助手。

面對威爾金斯的"指手畫腳"，兩人發生了劇烈的爭吵。威爾金斯自此厭惡這個孤傲的技術副手，而富蘭克林也瞧不起這個"智商不夠高"的夥伴。除了逼不得已的工作需要，二人互不說話。

3、沃森、克裡克，拼勁十足的團隊

在三個團隊的人員組成上，只有沃森是正統的生物學家，而克裡克是理論物理學家，他們理論功底紮實，在相同數據的基礎上，能夠更快、更好地推導出結果。

但因為實驗能力及條件的限制，他們的研究處於下風。

沃森、克裡克

三、富蘭克林站到了成功的懸崖邊

最強的萊納斯·鮑林團隊首先退出了競爭，因為他們的領頭人暫時放下科研，投身於反對原子彈、反對核戰爭的事業，他認為科學應該服務於人類消除貧困和飢餓、顯著減少疾病、有效地使用資源，而核戰爭可能毀滅地球和人類。鮑林起草的《科學家反對核實驗宣言》，兩周內就有2000多名美國科學家籤名，在短短幾個月內，就有49個國家的11000餘名科學家籤名。

威爾金斯、富蘭克林團隊的研究遙遙領先。威爾金斯在一場研討會中拿到了一種萃取自小牛胸腺的純DNA樣品。順便提一句，當時，科學家之間的交流沙龍，女性是被排斥在外的。

富蘭克林對樣品進行了研究，在衍射圖上她發現樣品乾燥時，呈現出細小的針簇狀，較短較粗。而與水接觸後，則變成一團黏膠狀物質，較長較細。她立即意識到，這可能是DNA的兩種形態，她將DNA乾燥的狀態命名為A型，潮溼時的形態命名B型。

富蘭克林還根據Patterson函數分析中的堆積法，推測出鹼基、磷酸基團分別位於DNA鏈內、外，為闡明DNA的結構打開了窗戶。

但A型DNA讓富蘭克林產生了困擾，因為數據沒有顯示清晰的結構。為了減少幹擾，她將B型DNA的結構研究的成果交給了威爾金斯，自己專心研究起了A型DNA的形態。

1951年11月，富蘭克林提出了A型DNA的X射線衍射圖，並進行了一場演講。

富蘭克林已經看到了成功的曙光

沃森與克裡克此時也取得了進展，他們提出了DNA分子的三螺旋結構模型。許多人被邀請到他們的實驗室研討，富蘭克林也在其中。

當富蘭克林看到沃森與克裡克三螺旋結構模型，不客氣的指出他們在重複前人的老路，此路不通。沃森與克裡克的上司顯然是聽進去了富蘭克林的批評，他停止了對二人研究的支持，責令項目下馬。

至此，富蘭克林已經在迎接朝陽了。萊納斯·鮑林團隊棄權，沃森與克裡克團隊也明顯不濟。

四、富蘭克林是真正的科學家

1953年1月的某日，沃森、克裡克與威爾金斯約飯。大概威爾金斯此時也以為沃森與克裡克已經放棄了DNA結構的研究。

在飯桌上，威爾金斯不無炫耀地拿出了富蘭克林拍攝的"B型DNA的X射線衍射照片"，也就是解開DNA結構鑰匙的"照片51號"，威爾金斯向二人解釋了照片反映的DNA化學結構的大部分信息，沃森、克裡克聽得兩眼放光。而這次洩密，富蘭克林卻毫不知情。

"照片51號"讓沃森與克裡克茅塞頓開。結合之前的研究，兩人的理論功底發揮了作用。他們很快就研究出了DNA的化學結構，提煉出DNA分子的雙螺旋結構模型。只要有數據和照片，他們要比富蘭克林更容易得出最終的模型。

51號照片

1953年3月，富蘭克林離開了國王學院，前往同屬倫敦大學的伯貝克學院。威爾金斯非常高興，終於可以擺脫這個不和的夥伴了，他在給克裡的信中寫道：黑暗女士已經離開了他的實驗室。

來到了伯貝克學院的富蘭克林整理資料，準備發表DNA結構的論文。但是，晚了一步，沃森與克裡克已經搶在了他的前面。

富蘭克林知道這是一個螺旋結構，但她自認成竹在胸。想在發表成果之前搜集更多的證據，更重要的是，她以為自己遙遙領先，沒想到自己的資料已成為他人的跳板。

富蘭克林沒有在這一事件上糾纏，她非常忙碌，全身心的轉向TMV（菸草花葉病毒）的研究。她的團隊在1955年完成了TMV模型。此外她也研究了病毒對植物（包括馬鈴薯、蕪菁、番茄與豌豆）的感染，以及TMV病毒中的核糖核酸（RNA）。

富蘭克林與沃森、克裡克之間後來也有合作，她還與克裡克夫婦成為了朋友。1956年9月富蘭克林的腹部發現了兩顆腫瘤。但她沒有停止工作，後來她的團隊開始研究小兒麻痺病毒，並獲得美國國家衛生院的資助。

1958年4月16日富蘭克林因為卵巢癌逝世於英國倫敦。她的死因，可能與X射線的長期照射有關。

富蘭克林是純粹的科學家

結語：

DNA結構的發現，與相對論、量子力學一起被譽為20世紀最重要三大科學發現。富蘭克林如果沒有外界的幹擾，並且她的研究成果不外洩的話，用不了很長時間，也能夠獨立發現DNA的雙螺旋結構。她的研究成果為這一偉大的科學發現起到了奠基的作用，如果沃森和克裡克沒有接觸到她的研究，兩人可能無法解開DNA結構之謎。

令人遺憾的是，富蘭克林與諾貝爾獎擦肩而過了。雖然該獎項不會授予過世的人，但遺憾的是，相關四個人，除了富蘭克林，沃森、克裡克、威爾金斯都站上了領獎臺。就連退出競爭的萊納斯·鮑林也在1962年獲得諾貝爾和平獎。

而在很長時間內，沒有人提及富蘭克林，仿佛她與DNA結構的發現無關。

獲得1962年諾貝爾生理醫學獎的三位男士

沃森和克裡克對於DNA結構的發現功不可沒，即使這一切是建立在目睹了富蘭克林研究成果的基礎上，他們也仍然要通過一系列天才的猜想，才能最終論證出DNA的雙螺旋結構。此後在這一領域的頗多貢獻，也證明了他們的優秀。只是，也許出於利益的考量，不約而同地，他們都選擇以緘默的形式、不公平地對待了富蘭克林的貢獻。

直到很多年後，DNA結構發現40周年，克裡克在紀念文章中說："富蘭克林的貢獻沒有受到足夠的肯定，她清楚地闡明兩種型態的DNA，並且定出A型DNA的密度、大小與對稱性。"

另外在2003年，國王學院將新大樓命名為羅莎琳德-威爾金斯館時，曾經詆毀富蘭克林的沃森終於承認："羅莎琳德的貢獻是我們能夠有這項重大發現的關鍵。"

歷史將銘記：羅莎琳德·富蘭克林，曾經的黑暗女士，是當之無愧的科學玫瑰！