富蘭克林：隱於幕後的DNA之母，以及她被誤解卻又偉大的短暫一生
2020-07-25 生物世界
1920年7月25日，100年前的今天，羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Elsie Franklin）出生於英國倫敦一個富裕的猶太人家庭。
富蘭克林為DNA雙螺旋結構的發現做出了卓越貢獻，卻未能獲得應有的榮譽。甚至在《雙螺旋》一書中被沃森描述為Dark Lady，稱其難以溝通，不能解釋自己的研究數據。然而也正是沃森在《雙螺旋》中的描述，讓更多人知道了富蘭克林。
BioWorld謹以此文紀念富蘭克林誕辰100周年，回顧她在揭開DNA雙螺旋結構中的貢獻，以及她在其他領域所做的傑出卻並未廣為人知的成就。
1951年，年僅23歲的詹姆斯·沃森（James Watson）博士畢業後前往英國劍橋大學卡文迪許實驗室進修，沃森在這裡遇到了正在準備博士論文的弗朗西斯·克裡克（Francis Crick），兩人一拍即合，從1951年10月開始轉向DNA結構方向的研究。
當時在研究DNA結構的並不只有沃森和克裡克，倫敦國王學院的威爾金斯（Maurice Wilkins）和羅莎琳德·富蘭克林（Rosalind Franklin）等人在當時已經在探究DNA結構的秘密。
1952年，沃森和克裡克率先發表了一篇DNA為三螺旋結構的論文，羅莎琳德·富蘭克林在卡文迪許實驗室看到這個三螺旋結構模型後，毫不留情地指出了錯誤，這讓沃森和克裡克在實驗室的領導勞倫斯·布拉格（Lawrence Bragg，25歲時獲得諾貝爾物理學獎）覺得很沒面子，於是暫停了二人的DNA結構研究。
1952年5月，富蘭克林和她的研究生雷蒙·高斯林（Raymond Gosling）拍到了一張B型DNA的X射線晶體衍射照片，也就是著名的「照片51號」，被譽為「幾乎是有史以來最美的一張X射線照片。」
富蘭克林對自己所在的倫敦國王學院感到非常不滿，一方面因為自己作為一個女性，在滿是男性主導的地方受到了不公正待遇，另一方面是她不喜歡國王學院過於濃厚的宗教氛圍。
1952年底，富蘭克林決定離開倫敦國王學院，前往倫敦大學伯貝克學院開始新的研究生涯。此時，富蘭克林的研究生雷蒙·高斯林將「照片51號」作為紀念品送給了威爾金斯。
1953年1月，威爾金斯將「照片51號」的副本展示給了沃森和克裡克，威爾金斯以為二人已經不再進行DNA結構研究了。
多年以後，沃森回憶當時看到這張照片時的情景時說：我張大了嘴，脈搏開始跳動。儘管自己不是一位受過訓練的晶體學家，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家，他也知道重要的生物體總是成對出現。
1953年2月4日，沃森和克裡克決定重啟對DNA結構模型的建構，2月8日，二人請求威爾金斯同意他們也進行相同研究。
1953年3月7日，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。
然後富蘭克林受邀來卡文迪許實驗室觀看這一新構建的DNA雙螺旋模型，富蘭克林立刻意識到這一結構模型應該是正確的，但此時她仍然不知道，結構模型的成功正是依靠了自己的研究成果。
沃森（左）、克裡克（右）在DNA雙螺旋模型前
沃森和克裡克的雙螺旋結構模型的成功，還離不開好幾位科學家的幫助，歐文·查格夫（Erwin Chargaff）告訴他們DNA鹼基之間的比例，A和T總是相等，G和C也是相等。傑裡·多諾休（Jerry Donohue）對正確的化學同工型的見解證明了這一比例，然後是威廉·阿斯特伯裡（William Astbury）為鹼基配對提供了幫助。
當然，這些幫助都沒有富蘭克林的「照片51號」重要。
更重要的是，卡文迪許實驗室的馬克斯·佩魯茲（Max Perutz）在1952年12月中旬收到了倫敦國王學院生物物理部門的一項報告副本，這項報告裡包括富蘭克林對B型DNA的精確測量，以及證明DNA成反向螺旋的關鍵證據。
在沃森和克裡克看到「照片51號」後不久，馬克斯·佩魯茲向他們二人分享了這項報告。
但是，整個卡文迪許實驗室沒有任何人告知富蘭克林他們正在用她的實驗數據進行DNA模型構建。多年以後，沃森為馬克斯·佩魯茲的不當行為道歉了。
1953年4月25日，Nature 雜誌同時發表了三篇論文，分別來自沃森和克裡克、威爾金斯、富蘭克林和雷蒙·葛斯林。
生命之美在DNA雙螺旋結構裡得到了最完美的展示
沃森和克裡克的論文在最前面，富蘭克林的論文在最後，這給了人們一種錯覺，就是富蘭克林的論文是驗證了前者的實驗結果，而不是提供關鍵性數據。
即便如此，富蘭克林也沒有因為輸掉DNA雙螺旋結構的競賽或是研究數據被「剽竊」而沮喪，她反而跟沃森和克裡克成了朋友。
DNA雙螺旋結構的發現被譽為「生物學的一個標誌，開創了新的時代」。這是在生物學歷史上唯一可與達爾文進化論相比的最重大發現，它與自然選擇一起，統一了生物學的大概念，是科學史上的一個重要裡程碑，標誌著分子生物學的誕生。
1962年，沃森、克裡克、威爾金斯三人因DNA雙螺旋結構的發現而獲得當年的諾貝爾生理學或醫學獎。遺憾的是富蘭克林已於1958年因乳腺癌去世。
如今，人們提及富蘭克林，幾乎只記得她對DNA雙螺旋結構所作的貢獻，實際上，富蘭克林在她的短暫的一生中，留下了許多值得銘記的科學遺產。
在科研早期，富蘭克林在進行煤炭特性的研究，在煤炭燃燒效率、冶煉技術、防毒面具等方面做出了許多傑出貢獻。
50年代開始，富蘭克林轉而研究病毒，利用自己擅長的X射線衍射成像技術，成功確定了菸草花葉病毒（TMV）的RNA結構，並陸續研究了許多導致重要農作物枯萎的植物病毒。
1957年，富蘭克林開始研究導致人類疾病的病毒，首先就是在當時令人恐懼的導致小兒麻痺症的脊髓灰質炎病毒。
然而，時間並沒有站在富蘭克林這一邊，1958年4月16日，富蘭克林因乳腺癌去世，年僅37歲。
1959年，她的合作者亞倫·克魯格（Aaron Klug）和約翰·芬奇（John Finch）在 Nature 雜誌發表了脊髓灰質炎病毒結構的論文，並將論文獻給富蘭克林以做紀念。亞倫·克魯格因在闡明病毒結構方面的工作而被授予1982年諾貝爾化學獎。
富蘭克林對DNA雙螺旋結構的貢獻不容遺忘，但「DNA之母」絕不是富蘭克林的全部註腳，富蘭克林對科學的熱愛，以及她對科學界女性的鼓舞，將在未來的歷史長河中依然熠熠生輝。
正如她的墓志銘中寫道：
科學家
她對病毒的研究和發現讓人類持久受益
富蘭克林墓碑
參考資料：
https://en.wikipedia.org/wiki/Rosalind_Franklin
https://www.nature.com/articles/d41586-020-02144-4
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