羅莎琳德·富蘭克林與DNA雙螺旋結構

2020-11-25 中國科學院

羅莎琳德·富蘭克林


很多人都知道沃森和克裡克發現DNA雙螺旋結構的故事,更進一步,有人還可能知道他們與莫裡斯·威爾金斯因此分享了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。然而,有多少人記得羅莎琳德·富蘭克林,以及她在這一歷史性的發現中做出的貢獻?

1953年,沃森和克裡克在英國《自然》雜誌上發表了題目為《脫氧核糖核酸的結構》的論文。這一發現成為了生物學發展的一座裡程碑,是分子生物學時代的開端。然而他們的發現在很大程度上是依靠羅莎琳德·富蘭克林拍攝的DNA晶體的X射線衍射照片。當時,富蘭克林與她的合作夥伴威爾金斯也在進行DNA結構的研究。1962年,沃森、克裡克和威爾金斯因為這項發現而分享了諾貝爾生理學或醫學獎。

短暫而輝煌的一生

富蘭克林1921年生於倫敦,15歲就立志要當科學家,但父親並不支持她這樣做。她早年畢業於劍橋大學,專業是物理化學。1945年,當獲得博士學位之後,她前往法國學習X射線衍射技術。她深受法國同事的喜愛,有人評價她「從來沒有見到法語講得這麼好的外國人」。1951年,她回到英國,在劍橋大學國王學院取得了一個職位。

在那時候,人們已經知道了脫氧核糖核酸(DNA)可能是遺傳物質,但是對於DNA的結構,以及它如何在生命活動中發揮作用的機制還不甚了解。

就在這時,富蘭克林加入了研究DNA結構的行列———然而當時的環境相當不友善。她開始負責實驗室的DNA項目時,有好幾個月沒有人幹活。同事威爾金斯不喜歡她進入自己的研究領域,但他在研究上卻又離不開她。他把她看做搞技術的副手,她卻認為自己與他地位同等,兩人的私交惡劣到幾乎不講話。在那時的劍橋,對女科學家的歧視處處存在,女性甚至不被準許在高級休息室裡用午餐。她們無形中被排除在科學家間的聯繫網絡之外,而這種聯繫對了解新的研究動態、交換新理念、觸發靈感極為重要。

富蘭克林在法國學習的X射線衍射技術在研究中派上了用場。X射線是波長非常短的電磁波。醫生通常用它來透視人體,而物理學家用它來分析晶體的結構。當X射線穿過晶體之後,會形成衍射圖樣———一種特定的明暗交替的圖形。不同的晶體產生不同的衍射圖樣,仔細分析這種圖形人們就能知道組成晶體的原子是如何排列的。富蘭克林精於此道,她成功地拍攝了DNA晶體的X射線衍射照片。

此時,沃森和克裡克也在劍橋大學進行DNA結構的研究,威爾金斯在富蘭克林不知情的情況下給他們看了那張照片。根據照片,他們很快就領悟到了DNA的結構———現在已經成為了一個眾所周知的事實———兩條以磷酸為骨架的鏈相互纏繞形成了雙螺旋結構,氫鍵把它們連結在一起。他們在1953年5月25日出版的英國《自然》雜誌上報告了這一發現。這是生物學的一座裡程碑,分子生物學時代的開端。

富蘭克林的貢獻是毋庸置疑的:她分辨出了DNA的兩種構型,並成功地拍攝了它的X射線衍射照片。沃森和克裡克未經她的許可使用了這張照片,但她並不在意,反而為他們的發現感到高興,還在《自然》雜誌上發表了一篇證實DNA雙螺旋結構的文章。

這個故事的結局有些傷感。當1962年沃森、克裡克和威爾金斯獲得諾貝爾生理學或醫學獎的時候,富蘭克林已經在4年前因為卵巢癌而去世。按照慣例,諾貝爾獎不授予已經去世的人。此外,同一獎項至多只能由3個人分享,假如富蘭克林活著,她會得獎嗎?性別差異是否會成為公平競爭的障礙?後人為了這個永遠不能有答案的問題進行過許多猜測與爭論。

聲譽逐漸得到公認

去年2月,英國為了紀念她對發現DNA結構的貢獻而設立了一個獎章。據報導,英國貿易與工業大臣帕特裡廈·休伊特在一次關於女性與科研工作的講話中說,她將通過英國皇家學會設立「富蘭克林獎章」,獎勵像羅莎琳德·富蘭克林那樣在科研領域做出重大創新的科學家。這一獎項每年評選一次,獲獎者可以得到3萬英鎊的獎金。休伊特說,男性和女性科學家都可以角逐富蘭克林獎章,但她希望該獎項能夠重點起到提升女性在科研領域的形象的作用。

歷史上對於女科學家的歧視並不僅有這一個例子。1967年,蘇珊·貝爾和她在劍橋大學的導師休伊什共同發現了脈衝星,但是1974年的諾貝爾物理學獎只發給了休伊什。迄今只有10位女性獲得了科學方面的諾貝爾獎,科學界對女科學家的歧視依然存在,種種社會原因使許多有科學才能的女性缺少發揮其專長的機會。

設立富蘭克林獎章,是休伊特為使更多英國女性進入科研崗位而進行努力的一部分。據調查,英國約有5萬名畢業於科學和工程專業的女性在當全職家庭婦女,其中大部分是在生育孩子之後放棄了工作。暫時中斷事業後重新開始工作的女性,有三分之二的人大材小用。休伊特對這種驚人的人才浪費感到不安,於去年初發起一項「讓母親回到工作崗位」的活動,加緊制定促進女性參與科研事業的戰略,鼓勵有理工學歷背景的女性從事合適的工作。

相關焦點

  • DNA雙螺旋結構的陰暗面
    編者按:1962年,沃森、克裡克與威爾金斯因研究DNA雙螺旋結構模型的成果,而共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。但是,他們真的是第一個發現雙螺旋結構的人嗎?日本科學家福岡伸一在《生物與非生物之間》一書中指出,從某種意義上說,他們三人一起「剽竊」了科學家羅莎琳德·富蘭克林的研究成果。
  • 羅莎琳德·富蘭克林:「雙螺旋」開啟生命科學新時代_中國婦女報<...
    羅莎琳德·富蘭克林(Rosalind Franklin)是英國女科學家,4月16日,是她逝世58周年紀念日。半個多世紀前正是她拍攝的一張DNA X射線衍射圖即「雙螺旋」,開啟了生命科學新時代。富蘭克林1921年生於倫敦,早年畢業於劍橋大學,專業是物理化學。1945年,當獲得博士學位之後,她前往法國學習X射線衍射技術。
  • DNA雙螺旋結構背後的悽美故事
    然而,有多少人記得羅莎琳德·富蘭克林(Rosalind Elsie Franklin),以及她在這一歷史性的發現中做出的貢獻?DNA雙螺旋結構的發現———劃時代的佳話20世紀人類最偉大的成果,莫過於遺傳學中DNA雙螺旋結構的發現。
  • DNA的雙螺旋結構
    Crick, 1916—2004 )提出的DNA雙螺旋結構模型的主要內容如下。在DNA分子中,兩條DNA單鏈圍繞一個假想的共同軸心形成右手雙螺旋結構,雙螺旋的螺距為3.4nm,百徑為2.0nm;雙螺旋的外側是DNA鏈的骨架(backbone),由交替出現的、親水的脫氧核糖和磷酸構成;鹼基位於雙螺旋的內側,兩條單鏈中的嘌呤和嘧啶以疏水的、近於平面的環形結構彼此接近,平面與雙螺旋的長軸相垂直;一股鏈中的嘌呤鹼基與另一股鏈中位於同一平面的嘧啶鹼基之間以氫鍵相連,稱為鹼基互補配對或鹼基配對
  • 15年前「DNA之父」逝世 雙螺旋結構揭開了生命科學的新篇章
    弗朗西斯·克裡克最重要的成就,無疑是1962年與詹姆斯·沃森(James Watson)共同發現了脫氧核糖核酸(DNA)的雙螺旋結構。二人也因此與維爾金斯(Maurice Wilkins)共同獲得了1962年的諾貝爾生理及醫學獎。
  • 圖文:DNA雙螺旋鏈結構發現50周年
    圖表:DNA雙螺旋鏈結構發現50周年新華社發  1953年2月28日中午,劍橋大學的兩位年輕的科學家弗朗西斯·克裡克和詹姆斯·沃森步入老鷹酒吧,宣布他們的發現:DNA是由兩條核苷酸鏈組成的雙螺旋結構。因此,儘管沃森和克裡克2月28日就在老鷹酒吧宣布了這一成果,但包括英國官方機構在內的很多機構把今年4月25日作為DNA雙螺旋結構發現50周年慶祝日。  雙螺旋結構之母是未獲諾貝爾獎的女科學家羅莎琳德·富蘭克林  1962年,沃森和克裡克與莫裡斯·威爾金斯一起因為發現DNA雙螺旋結構贏得了諾貝爾獎。威爾金斯的貢獻在於為沃森和克裡克的發現提供了實驗證據。
  • DNA雙螺旋結構的發現
    DNA雙螺旋結構的闡明,是上世紀最重大的自然科學成果之一。沃森和克裡克雙螺旋模型的建立,揭開了現代分子生物學的序幕。這一重大發現的誕生,是曲折複雜的。正如沃森所說「科學很少像外行想像的那樣,完全按合乎邏輯的方式進行」。1868年,24歲的瑞士醫生米歇爾首先發現核酸,但因為不同生物的核酸性質過於接近,無法解釋生物遺傳的多樣性而與遺傳物質的發現失之交臂。
  • [回顧]羅莎琳德·富蘭克林和雙螺旋
    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。
  • 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
    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。
  • 科學大發現 DNA不只雙螺旋
    DNA雙螺旋結構是初中生都知道的生物知識,但科學界這次發現了全新的結構,並發表在《自然化學》雜誌上。DNA雙螺旋結構的發現證實了我們的遺傳密碼是以更複雜的對稱性製造的,這些分子變體的形式影響我們的生物學功能。「大多數人想到DNA時,首先想到的是雙螺旋,這項新研究提醒我們,存在完全不同的DNA結構,對我們的細胞很重要。」
  • 科技日曆|15年前「DNA之父」逝世 雙螺旋結構揭開了生命科學的新篇章
    弗朗西斯·克裡克最重要的成就,無疑是1962年與詹姆斯·沃森(James Watson)共同發現了脫氧核糖核酸(DNA)的雙螺旋結構。二人也因此與維爾金斯(Maurice Wilkins)共同獲得了1962年的諾貝爾生理及醫學獎。
  • 科學網—DNA雙螺旋結構的發現
    說到20世紀最偉大的3個科學發現,非相對論、量子力學和DNA雙螺旋結構莫屬。
  • DNA雙螺旋結構發現50周年
    DNA雙螺旋結構發現50周年我來說兩句】【我要「揪」錯】【推薦】【字體:大 中 小】【列印】 【關閉】     本報訊(記者馮瑞)50年前兩位在英國劍橋大學的科學家發現了DNA美妙的雙螺旋結構
  • DNA雙螺旋結構的複雜歷史
    第一張DNA X射線衍射圖由Florence Bell和William Astbury在1938年獲得,他們將相應的形狀描述為「一連串扁平的與DNA分子的長軸垂直地向外伸出的核苷酸緊密地排列在一起而形成的一種相對剛性的結構」。大致來說,就是梳子的形狀。
  • 富蘭克林與DNA雙螺旋結構
    南方網訊 很多人都知道沃森和克裡克發現DNA雙螺旋結構的故事,更進一步,有人還可能知道他們與莫裡斯。威爾金斯因此分享了1962年的諾貝爾生理學或醫學獎。然而,有多少人記得羅莎琳德。富蘭克林,以及她在這一歷史性的發現中做出的貢獻?
  • 雙螺旋DNA進一步扭曲而成的超螺旋稱為DNA的三級結構
    DNA分子結構並非一成不變,而是在不同條件下可以有所不同,即DNA結構的多態性。在生理狀態下DNA主要為B構象,並可能有少量的A構象和Z構象。Z構象是唯一存在的左手雙螺旋構象。DNA鏈上的四種鹼基也非均勻分布,因而產生了一些特異的序列。
  • DNA雙螺旋結構發現史
    1953年4月25日,《自然》雜誌發表了一篇由沃森及克裡克合著的論文,這篇具有裡程碑意義的論文介紹了DNA的雙螺旋結構。現在看上去好像很簡單的一篇文章,在當時卻像一隻金手指,捅開了那層迷糊了科學界幾十年的窗戶紙,向人們描繪了DNA大體是什麼樣和怎麼工作的,揭示了生命繁衍的秘密。
  • 非雙螺旋!科學家發現新DNA結構
    IT之家4月24日消息 日前,科學家已經確定了人類細胞內新的DNA結構,並將新結構命名為「i-motif」。新的DNA結構類似於生活中的「結」,已經首次在活體細胞中觀察到。▲DNA雙螺旋結構在許多人的認知當中,DNA是以雙螺旋結構存在於細胞當中的,甚至許多人並不了解這個。對於新的i-motif結構,科學家們並不確定它的功能是什麼,但他們懷疑它涉及「讀取」DNA序列並將其轉化為有用物質的過程。
  • 「直播」DNA雙螺旋結構課件製作
    【課程內容】DNA雙螺旋結構【時間】1月14日(周四)晚上19:00-19:45【老師介紹】張老師【XR課件製作】DNA雙螺旋結構【課程介紹】基於「XR課件內容製作工具」,通過簡單的拖拽、拼裝製作完成生物課【遺傳與變異】-DNA雙螺旋結構,用3D可視化技術直觀還原DNA的分子基本單位,介紹四種含氮鹼基,
  • 【雙語】劍橋紀念DNA之母羅莎琳德·富蘭克林誕辰一百周年
    「羅莎琳德·富蘭克林(Rosalind Franklin)對發現脫氧核糖核酸(DNA)的結構起著不可或缺的作用。」科學家羅莎琳德·富蘭克林的妹妹說,她姐姐如果還活著,會對其誕辰100年後人們紀念她的方式感到「完全驚奇」。 She is best known for her pioneering work which guided Francis Crick and James Watson to unlock DNA's secrets.