这一点在她拍摄的日后被称作“51号”的X光片中也很明显。而A型DNA因为含水量少,原子排列密集,X射线的散射情况复杂,分析起来比较困难。它可能不只是双螺旋,有可能是三重螺旋、四重螺旋,甚至可能不是螺旋构造(富兰克林还怀疑过螺旋结构是可分解的)。
当然,因为细胞内充满水分,因此只有B型DNA具有生物学意义,但当时的人们还完全不清楚这一点。富兰克林通过X射线衍射发现了加热会让碳分子产生晶体层面的不同(就像是铅笔芯和钻石之间的区别),她会纠结于DNA分子晶体的差异也是很自然的。因为她并不是一位纯粹的生物学家,而是一位分析晶体结构的专家。
导致富兰克林决定离开研究室的,可能不只是被孤立这件事。她的研究笔记似乎也被人偷看了。在意识到富兰克林不会任自己摆布之后,蓝道尔就没有帮过她。而威尔金斯也认为富兰克林抢走了自己的工作(虽然只是一部分),而不与她来往。哪怕能够随意使用研究设备,但研究数据都会被人偷看的环境,可以说是再糟糕不过的了。富兰克林的怀疑,对她的精神健康也是不利的。留下未确定的A型DNA结构虽然并非她的本意,可富兰克林还是向蓝道尔汇报了所有与B型DNA相关研究数据,之后便离开了研究室。
51号X光片
问题出现在这之后。
沃森和克里克,此时正埋头于搭建球棍式的分子模型。两人试图通过当时已经存在的种种假说和自己的直觉,使用物理化学的方法来推断出DNA分子中原子的结构。
作为基础的假说如果都错了,自然只能得到错误的结果。两人公布的早期模型也确实因为一些低级错误遭到了其他研究者的嘲笑。而按照富兰克林的做法,在实验数据收集完整之前,她是不会下结论的。
与其说哪种方法更好,不如说这只是方法论上的差异,一般而言,在单人研究中也可能同时出现这两种推动研究的方法。但在沃森和克里克两人身上,还有着“研究灵感来自他人的非公开数据”这一伦理问题。
制作出DNA的双螺旋结构分子模型的灵感,仅凭查戈夫法则(核碱基的A和T、G和C的数量总是相当的)和卡斯佩森的发现(DNA是以“核碱基+磷酸+脱氧核糖”为单位的高分子化合物)是不够的,还必须有富兰克林拍摄的、被称作“51号”的B型DNA的X光片及其分析数据才行。
51号X光片,是威尔金斯展示给沃森的。威尔金斯并没有把照片交给沃森,但那完美的分子形态,懂行的人一看就知道,正是双螺旋结构。威尔金斯能够拿到51号X光片,是获得了富兰克林许可的。
这是威尔金斯从决心离开研究所的富兰克林手中继承下来的资料之一,通过富兰克林所指导的研究生转交而来。然而,这明明并非自己所取得的数据,却将其轻易地展示给既是朋友又是对手的人看,威尔金斯的举动过于轻率了(威尔金斯后来也对此表示反省)。
不过,光是知道了“双螺旋”这一点,还无法决定DNA的分子模型。富兰克林的研究数据,还被刊登在了蓝道尔研究室的中期年报上。
当然,年报并不是什么机密材料,不过因为其中会登有论文或是学会上的未公开数据,因此在机构内是应当保密的。可是,克里克的上司,因为拥有分配机构预算的权力,而看到了蓝道尔研究室的中期年报。
就这样,富兰克林的数据经由上司之手传到了克里克手中。凭借着沃森看到的51号X光片和克里克得到的数据,两人以富兰克林的实验结果为基础,搭建起了DNA模型。
而为了保全两人的名声,还需要加上原创性的想法。他俩根据自己的灵感来源,汇总出了如下三个答案:
首先,DNA呈梯子扭转后的双螺旋结构(51号X光片)。其次,脱氧核糖和磷酸交替相连,形成一条长链,组成螺旋结构(卡斯佩森的发现),因为分子结构导致链条有3'端和5'端的方向之分,DNA的两条链方向相反(由富兰克林的数据得出的独创结论。用两个箭头来比喻的话就是呈“↑↓”状)。再次,核碱基向螺旋结构的内侧突出,A和T、G和C可逆地结合起来,让两条链连成梯状(从查戈夫法则得出的两人的独创结论,被称作“碱基对”)。
此外,例如螺旋结构的角度、分子间的距离等结论,一般认为都参考了富兰克林的数据。不过,克里克也著有论文,其中出现了可利用X射线衍射法倒推出螺旋结构的算式,他应该的确证明了自己和沃森的模型的正确性。
这一分子模型最优秀的地方就在于,能够解释DNA的复制。通过A和T、G和A双链,能够像拉链一样被分为单链。A和T、G和C如果必然(且可逆地)结合,那么通过两条单独的DNA链条,应该能够复原出两个双螺旋结构。
这个假设其实是完全正确的。这意味着传递生物性状的遗传物质DNA,是一种结构巧妙、能够复制的分子。换言之,DNA正是能够解释遗传现象的物质,是证明生命是由物质构成的分子。凭借揭示了DNA的生物学意义,沃森和克里克于1962年获得了诺贝尔奖。
沃森和克里克急忙将自己的发现写成论文,以通信形式向如今也依旧权威的科学杂志《自然》投稿。或许是因为实在过意不去,他们在投稿前告知威尔金斯此事,向他提议是否要在论文中联合署名。
蓝道尔的愤怒
威尔金斯却回绝了他们,并提出自己也会出一篇关于DNA结构的论文,希望他们给自己一些时间,以便两篇论文能够同时刊登在《自然》上。在这时,威尔金斯联络了富兰克林和她的学生,通知她们论文已经写好了。这就是那篇刊登了B型DNA的51号X光片的通信。
◆DNA双螺旋结构图
DNA的糖是由5个碳原子(C)和1个氧原子(O)组成的环形结构(虚线内)。碱基链接的碳原子是1'位,碳原子的位置沿顺时针方向决定。DNA链是由3'位和5'位的碳原子和磷酸结合连成一条长链的。
蓝道尔气得昏了头,两个毛头小子竟敢打破绅士协议,夺走DNA研究的美名。如果自己的研究室不拿出一篇关于DNA的研究,作为全英国最大的生物物理学研究所的创始人可太丢人了。蓝道尔向《自然》编辑部的熟人解释了来龙去脉,最终让威尔金斯和富兰克林的两篇论文,以及沃森和克里克的论文,总共三篇通信文章一并刊登在《自然》上。现在,研究主题相同的文章如果同时投稿,杂志也会采取相似的版面结构,这种刊登方式本身并没有什么特别。
在刊登顺序上,第一篇是沃森和克里克的论文,提出了DNA双螺旋结构的理论模型;第二篇是威尔金斯的论文,提示出生物可能普遍具有DNA双螺旋结构(刊登了与富兰克林不同的X射线衍射照片);第三篇是富兰克林的论文,揭示了B型DNA的双螺旋结构(刊登了那张51号照片)。
因为是同时刊登,三篇论文之间的表述有所调整。对DNA双螺旋结构的发现,贡献最大的本应是富兰克林,但在沃森和克里克论文的结尾,用极为拐弯抹角的方式,表示自己参考了威尔金斯和富兰克林的非公开数据,但并未致谢(多年后,他们才承认没有富兰克林的非公开数据,是不可能建立起模型的)。
而在刊登的第三篇富兰克林的论文中,加上了一句话,表示自己的实验数据和前文刊登的沃森、克里克的想法并不矛盾。毕竟那是基于富兰克林的数据建立起的模型,没有矛盾也是自然的。但这却给人一种印象,仿佛沃森和克里克的想法,是先于富兰克林的数据产生的。周围的人都认为,富兰克林已经意识到自己的实验数据在未经许可的情况下被使用了(就连克里克也是这么想的)。
可是,就连和富兰克林一起写论文的学生都没有听她抱怨过这件事。蓝道尔虽然知道事情的大致经过,但完全没有为富兰克林说话,更别说为她出头了。蓝道尔甚至在论文刊登前一周还写信给富兰克林,称“你既然要离开实验室了,那以后就不准进行核酸研究,也不要再为我这里的学生指导论文了”。
富兰克林进入新环境(同在伦敦大学的伯贝克学院)后,精神上得到了极大的放松。她对蓝道尔的信一笑置之,在RNA病毒研究领域不断拿出了先驱成果,为一同开展实验的研究生指导论文,还完成了两份共同署名的论文。
富兰克林与诺贝尔奖
真正的富兰克林,并不是“dark”(性格阴暗),其实是一个开朗、积极的人,对运动和旅行的热爱完全不输于研究。她厨艺很好,很会招待客人,也很关注流行时尚。
而病魔却袭击了富兰克林,她患上了卵巢肿瘤。据说有人认为,她早逝的原因是在实验中受到了X射线的辐射。不过卵巢肿瘤中也存在早发性(35岁以下)的病例,要说没有受到辐射的影响,没人敢如此断言,不过从流行病学的角度来说,目前并没有发现遭受辐射和卵巢肿瘤之间的关联。
在20世纪50年代,自然还有研究者遭受了比富兰克林更多的X射线辐射,但在研究者之间,并没有认为这会带来什么健康影响。当时也有安全指南,不过别说考虑健康问题了,研究人员们甚至还觉得安全指南会阻碍自己的研究呢(这种想法非常危险)。
在富兰克林去世4年之后(1962年),沃森、克里克和威尔金斯三人获得了诺贝尔奖。历史没有如果,但若是富兰克林还活着,也许就会取代三位获奖者中的某一位吧。
但以她的实力,凭借之后的病毒研究应该也能拿下诺贝尔奖。和富兰克林一起发现烟草花叶病毒结构的阿龙·克卢格于1982年获得了诺贝尔奖。
经历了种种人间大戏,DNA这种掌握生命关键的分子,一跃成了生物学研究的主流。
[1]此处为原文错误,应为“伦琴射线”(Roentgenrays)。伦琴射线与伽马射线(γ射线)并不是同一种射线,其波长及产生原理均不相同。