环球信息:一个重大科学发现背后的微妙细节

• 2023-04-24 16:12:11 来源：科普时报

1956年，罗莎琳德·富兰克林（中）与莫里斯·威尔金斯（右）在核酸与蛋白质戈登国际大会上。

(资料图)

一张B型DNA的X射线衍射照片。威尔金斯给沃森看的就是这张照片。

图片选自《双螺旋》（插图注释本）。詹姆斯·D.沃森著，亚历山大·江恩、简·维特科夫斯基编，贾拥民译，浙江教育出版社2022年6月第1版。

距今整整70年前的那个春天，詹姆斯·D.沃森和弗朗西斯·克里克这两个初出茅庐的年轻科学家构建出DNA结构模型，轰动世界。这是20世纪下半叶最重要的科学发现，也是生物学自达尔文提出物种起源理论以来最重要的进展。围绕这一事件，有许许多多让人意想不到的曲曲折折，也有颇多耐人寻味之处。这里就说说若干微妙的小细节，特别是一对冤家的纠结。

1950年秋，22岁的“神童”詹姆斯·沃森从美国印第安纳大学取得遗传学博士学位后，拿到一笔研究奖学金，去往哥本哈根大学，从事生物化学方面的研究工作。此时，沃森的学术兴趣已由鸟类学转向基因，梦想着有朝一日大功告成、一举成名。

然而，在丹麦，乏味而又不得要领的学术生活令沃森十分郁闷。1951年春，他受邀到意大利那不勒斯参加一个有关生物大分子结构的学术会议。在这次会议上，伦敦国王学院的物理学家莫里斯·威尔金斯展示了DNA的X射线衍射图片。沃森看后深受启发，意识到：假使基因能像一般化学物质一样被结晶析出，那就一定可以用通常的化学、物理方法测定其结构。

那一瞬间，沃森突然对化学产生了很大的兴趣，并且萌生了与威尔金斯进行合作研究的念头。为此他甚至盘算过，要撮合自己漂亮的妹妹与威尔金斯相识交好，但古板的威尔金斯并没有“落入圈套”。

几个月后，沃森设法变更了自己的学习计划，来到英国剑桥大学卡文迪什实验室，并在那里遇到了刚从物理学领域转型、虽起步较晚但一心想在交叉学科上有所作为的生物学研究生弗朗西斯·克里克。

这一时期，就在同一个伦敦城里，沃森与克里克最大的竞争对手、同处伦敦国王学院同一个研究小组的威尔金斯与罗莎琳德·富兰克林，也在紧锣密鼓地寻思、鼓捣DNA结构，而且他们手中握有与之密切相关的独门“利器”——X射线衍射装置。

但是，跟沃森与克里克这对心灵相通的“黄金搭档”形成极大反差的是，威尔金斯与富兰克林之间的关系势同水火，几乎到了不理不睬、恶语相向的地步。有着剑桥大学物理化学博士学位的富兰克林是个独立、好强的女子，在当年对女科学家心怀偏见甚至敌意的环境中，她一直坚持不懈地进行自己的研究，不甘受到威尔金斯的“领导”和钳制。他们俩的关系，半是同事，半是竞争对手。

DNA对富兰克林而言，只是一种实验材料。1952年前后，她已通过实验证明，DNA根据水分含量的差别分A型和B型两种形式存在。谨慎的天性使富兰克林的工作进展缓慢，她在不断地完善DNA的X射线衍射图谱，并独自进行数学解析。1952年5月，她终于获取了一张极其重要的图谱。遗憾的是，当时她并没有认识到这张图谱的重要性。她始终也不敢相信DNA在任何情况下都会呈螺旋形，而是以为这种形状只是特殊条件下出现的一种特殊情况。

在大洋彼岸的美国，化学界声名显赫的大人物、化学键理论的奠基人莱纳斯·鲍林，是沃森与克里克更为强劲的一个对手。在人们心中，他是最有可能率先做出正确选择、解决DNA结构问题的“大拿”。1953年1月中旬，一直在有意识地跟鲍林之子彼得套近乎的沃森，直截了当地向他这位铁哥们问询，他老爸最近在家信中可曾透露过什么研究新信息？半个月后，沃森与克里克从彼得手中拿到一份父亲寄给他的关于DNA结构的手稿，大吃一惊，心当即就沉下来了。

此时，一场围绕DNA结构之谜而展开的激烈竞争，已然到了白热化的程度。

可是，认真读罢鲍林手稿，沃森与克里克马上就松了一口气。原来，鲍林提出了一个以糖和磷酸骨架为中心的三链螺旋结构，这恰恰是此前不久他们也曾设想过、但已被证实不对的玩意儿。鲍林误入歧途了，并且还犯了“忘记化学基本常识”的错误。

然而，他们很快意识到，一旦鲍林觉察自己的失误，必定会不停地研究下去，一直到研究出正确的结构为止。所以，大西洋这边的人再也不能浪费时间了。

据沃森在他的自传《双螺旋》中记述：几天之后，沃森面见富兰克林，向她通报了鲍林模型之误。富兰克林的反应令沃森感到十分奇怪。她毫不客气地指出，无论是鲍林或其他什么人，都没有任何根据可以认定DNA是螺旋结构的。他们吵了起来，不欢而散。

随后，沃森会见了威尔金斯，后者给他看了一些新的X射线照片，其中包括由富兰克林拍摄、一直秘而不宣的一张DNA之B型X射线衍射照片。看到后一张照片时，沃森“立刻惊得目瞪口呆”，“心跳也加快了很多”。他意识到，“呈现在照片上的那种醒目的交叉形的黑色反射线条，只有螺旋结构才有可能形成”。很显然DNA模型应该是双链，因为重要的生物对象都是成对出现的。威尔金斯此举，富兰克林毫不知情，后人评价：“如果这不是一次无私的、为了科学进步而分享信息的举动，那也应该算是一次愤怒的报复行为。”

再说，备受激励的沃森与克里克随即展开新一轮建模工作。广揽信息所收获的两个关键点大大简化并推动了他们的进展：一是对含氮碱基结构的更深了解，二是对这些碱基如何配对的深刻洞察。他们最终揭示出：DNA分子具有双螺旋梯形结构，每级梯级就是一个碱基对，碱基对的排列顺序就代表了DNA中存贮的信息。他们撰写的千字论文《核酸的分子结构——脱氧核糖核酸的一个结构模型》，发表在1953年4月25日的《自然》杂志上。

一个新的时代开始了。

1958年，38岁的富兰克林因病辞世。1962年，沃森、克里克与威尔金斯被授予诺贝尔生理学或医学奖。

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