第四章聪明的 Watson和 Crick 乎没有人不知道是 Watson和 Crick发现了DNA的双螺旋结构,有人还可能知道他 们与 Wilkins因此分享了1962年的诺贝尔医学奖。然而,有多少人记得 Rosalind franklin (1920~1958)在这一历史性的发现中做出的贡献?50年前,她率先拍摄到的DNA晶体 照片,为双螺旋结构的建立起到了决定性作用。但“科学玫瑰”没等到分享荣耀,在研究 成果被承认之前就已凋谢。 Franklin生于伦敦一个富有的犹太人家庭,15岁就立志要当科学家,但父亲并不支持 她这样做。她早年毕业于剑桥大学,专业是物理化学。1945年,当获得博士学位之后,她 前往法国学习X射线衍射技术。她深受法国同事的喜爱,有人评价她“从来没有见到法语 讲得这么好的外国人。”1951年,她回到英国,在剑桥大学国王学院取得了一个职位 那时,人们己经知道了脱氧核糖核酸(DNA)可能是遗传物质,但是对于DNA的结 构,以及它如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。就在这时, Franklin加入了研 究DNA结构的行列——然而当时的环境相当不友善。她开始负责实验室的DNA项目时 有好几个月没有人干活。同事 Wilkins不喜欢她进入自己的研究领域,但他在研究上却又 离不开她。他把她看做搞技术的副手,她却认为自己与他地位同等,两人的私交恶劣到几 乎不讲话。当时的剑桥,对女科学家的歧视处处存在,女性甚至不被准许在高级休息室里 用午餐。她们无形中被排除在科学家间的联系网络之外,而这种联系对了解新的研究动态、 交换新理念、触发灵感极为重要。 Franklin在法国学习的Ⅹ射线衍射技术在研究中派上了用场。X射线是波长非常短的 电磁波。医生通常用它来透视人体,而物理学家用它来分析晶体的结构。当X射线穿过晶 体之后,会形成样一种特定的明暗交替的衍射图形。不同的晶体产生不同的衍射图样,仔 细分析这种图形人们就能知道组成晶体的原子是如何排列的。 Franklin精于此道,她成功 地拍摄了DNA晶体的X射线衍射照片 此时, Watson和 Crick也在剑桥大学卡文迪许实验室进行DNA结构的研究, Watson 在美国本来是在微生物学家指导下从事噬菌体遗传学硏究的,他们希望通过噬菌体来搞清 楚基因如何控制生物的遗传。派他出国学习并没有生硬地规定课题,甚至他从一个国家的 实验室到另一个国家的实验室也能得到导师的支持或谅解。当他听了 Wilkins的学术报告, 看到DNA的ⅹ射线衍射图片后,认定一旦搞清DNA的结构,就能了解基因如何起作用。 于是他不等批准,就决定先斩后奏从丹麦去伦敦学习X射线衍射技术了。至于 Crick,他 是个不拘小节又相当狂妄的聪明人,不太受“老板” Bragg欢迎,甚至一度有可能被炒尤 鱼。但是,当因为学术问题引起的误会消除后,老板照样关心他的工作,在那篇划时代的 论文写成后, Bragg认真修改并热情地写信向《 Nature》推荐。这种现象在一个以学术为重 的研究机构应该是正常的。人际关系对研究事业的干扰是轻微的。 Watson擅自选择,后来和 Crick一起在那里做出划时代贡献的研究机构,在当时已经 是一个闻名全球的单位—英国剑桥大学卡文迪许实验室。这个实验室创立于1874年, 麦克斯威尔、卢瑟福、玻尔等一批物理学大师都在这里工作过。创立至今,先后造就了近 30位诺贝尔奖获得者。早在20世纪初,物理学家汤姆森领导这个实验室时,就形成了 个“ TeaBreak”习惯,每天上午和下午,都有一个聚在一起喝茶的时间,有时是海阔天空的
1 第四章 聪明的 Watson 和 Crick 几乎没有人不知道是 Watson 和 Crick 发现了 DNA 的双螺旋结构，有人还可能知道他 们与 Wilkins 因此分享了 1962 年的诺贝尔医学奖。然而，有多少人记得 Rosalind Franklin （1920～1958）在这一历史性的发现中做出的贡献？50 年前，她率先拍摄到的 DNA 晶体 照片，为双螺旋结构的建立起到了决定性作用。但“科学玫瑰”没等到分享荣耀，在研究 成果被承认之前就已凋谢。 Franklin 生于伦敦一个富有的犹太人家庭，15 岁就立志要当科学家，但父亲并不支持 她这样做。她早年毕业于剑桥大学，专业是物理化学。1945 年，当获得博士学位之后，她 前往法国学习 X 射线衍射技术。她深受法国同事的喜爱，有人评价她“从来没有见到法语 讲得这么好的外国人。”1951 年，她回到英国，在剑桥大学国王学院取得了一个职位。 那时，人们已经知道了脱氧核糖核酸（DNA）可能是遗传物质，但是对于 DNA 的结 构，以及它如何在生命活动中发挥作用的机制还不甚了解。就在这时，Franklin 加入了研 究 DNA 结构的行列———然而当时的环境相当不友善。她开始负责实验室的 DNA 项目时， 有好几个月没有人干活。同事 Wilkins 不喜欢她进入自己的研究领域，但他在研究上却又 离不开她。他把她看做搞技术的副手，她却认为自己与他地位同等，两人的私交恶劣到几 乎不讲话。当时的剑桥，对女科学家的歧视处处存在，女性甚至不被准许在高级休息室里 用午餐。她们无形中被排除在科学家间的联系网络之外，而这种联系对了解新的研究动态、 交换新理念、触发灵感极为重要。 Franklin 在法国学习的 X 射线衍射技术在研究中派上了用场。X 射线是波长非常短的 电磁波。医生通常用它来透视人体，而物理学家用它来分析晶体的结构。当 X 射线穿过晶 体之后，会形成样一种特定的明暗交替的衍射图形。不同的晶体产生不同的衍射图样，仔 细分析这种图形人们就能知道组成晶体的原子是如何排列的。Franklin 精于此道，她成功 地拍摄了 DNA 晶体的 X 射线衍射照片。 此时，Watson 和 Crick 也在剑桥大学卡文迪许实验室进行 DNA 结构的研究，Watson 在美国本来是在微生物学家指导下从事噬菌体遗传学研究的，他们希望通过噬菌体来搞清 楚基因如何控制生物的遗传。派他出国学习并没有生硬地规定课题，甚至他从一个国家的 实验室到另一个国家的实验室也能得到导师的支持或谅解。当他听了 Wilkins 的学术报告， 看到 DNA 的 X 射线衍射图片后，认定一旦搞清 DNA 的结构，就能了解基因如何起作用。 于是他不等批准，就决定先斩后奏从丹麦去伦敦学习 X 射线衍射技术了。至于 Crick，他 是个不拘小节又相当狂妄的聪明人，不太受“老板”Bragg 欢迎，甚至一度有可能被炒尤 鱼。但是，当因为学术问题引起的误会消除后，老板照样关心他的工作，在那篇划时代的 论文写成后，Bragg 认真修改并热情地写信向《Nature》推荐。这种现象在一个以学术为重 的研究机构应该是正常的。人际关系对研究事业的干扰是轻微的。 Watson 擅自选择，后来和 Crick 一起在那里做出划时代贡献的研究机构，在当时已经 是一个闻名全球的单位———英国剑桥大学卡文迪许实验室。这个实验室创立于 1874 年， 麦克斯威尔、卢瑟福、玻尔等一批物理学大师都在这里工作过。创立至今，先后造就了近 30 位诺贝尔奖获得者。早在 20 世纪初，物理学家汤姆森领导这个实验室时，就形成了一 个“TeaBreak”习惯，每天上午和下午，都有一个聚在一起喝茶的时间，有时是海阔天空的
议论,有时是为某个具体实验设计的争论,不分长幼,不论地位,彼此可以毫无顾忌地展 开辩论和批评。历史证明这种文化氛围确实有利于学术进步,所以这种习惯现在已经被国 外许多大学和研究机构仿效,就连国际学术会议的日程安排中,这个节目也是必不可少的。 近十几年来,国内个别大学和科研单位的领导人也在试图推广这种做法。如果能够长期坚 持下去,必有收获。在卡文迪许实验室里, Watson遇到了物理学家 Crick,又得到机会向 Wilkins、 Franklin等X射线衍射专家学习,还有包括著名蛋白质结构专家的儿子在内一批 科学家和他经常交换各种信息和意见,又得到实验室主任 Bragg等老一辈的指导和鼓励, 这些都是他取得成就的重要因素。而直接导致 Watson集中精力从事DNA结构研究的契机 则是他得到美国主管部门资助去参加在拿不勒斯召开的学术会议,在那里他看到了 Wilkins 的Ⅹ射线衍射图片。 创新者必须破除迷信,敢于向权威挑战。1953年的 Watson和 Crick都是名不见经传的 小人物,37岁的Crik连博士学位还没有得到。受到前人的影响,他们原来按照3股螺旋 的思路进行了很长时间的工作,可是既构建不出合理模型,也遭到结晶学专家 Franklin的 强烈反对,结果使工作陷于僵局。在发现正确的双股螺旋结构前2个月,他们看到蛋白质 结构权威 Pauling一篇即将发表的关于DNA结构的论文, Pauling错误地确定为3股螺旋。 Watson在认真考虑并向同事们请教后,决然地否定了权威的结论。正是在否定权威之后, 他们加快了工作,在不到两个月内终于取得了后来震惊世界的成果 两位年轻科学家没有迷信权威,而且敢于向权威挑战,这需要勇气,更需要严肃认真 的实验工作和深厚的科学功底。在科学界经常遇到的是年轻人对权威无原则的屈服,甚至 Watson在开始知道鲍林提出的是三螺旋模型的一刹那,也曾后悔几个月前放弃了自己按三 螺旋思路进行的工作。不过他们没有从此打住,而是为了赢得时间,加快了工作。因为他 们相信这是智者 Pauling千虑之一失,很快本人就会发现错误并迅速得出正确结论。 Wilkins 在 Franklin不知情的情况下给他们看了那张照片。根据照片,整日焦虑于DNA结构发现 的 Watson和Crck立即领悟到了现在已经成为众所周知的事实—两条以磷酸为骨架的链 相互缠绕形成了双螺旋结构,氢键把它们连结在一起。他们在1953年5月25日出版的英 国《 Nature》杂志上报告了这一发现。双螺旋结构显示出DNA分子在细胞分裂时能够自我 复制,完善地解释了生命体要繁衍后代,物种要保持稳定,细胞内必须有遗传属性和复制 能力的机制。这是生物学的一座里程碑,分子生物学时代的开端,怎样评价其重要性都不 过分 其实,在1953年2月底,33岁的 Franklin已经在日记中写道,DNA具有两条链的结 构。这时她已经确认这个生物分子具有两种形式,链外面有磷酸根基团。1953年3月17 日,当 Franklin将研究结果整理成文打算发表时,发现 Watson和 Crick破解DNA结构的 消息已经出现在新闻简报中。4月2日, Watson、 Crick和 Wilkins的文章送交《 Nature》 杂志,4月25日发表,接着他们在5月30日的《 Nature》杂志上又发表了“DNA的遗传 学意义”一文,更加详细地阐述了DNA双螺旋模型在功能上的意义。1953年初, Watson 和 Crick构建出DNA分子双螺旋结构模型,而此时 Franklin对这一进展并不知情。她更不 知道的是, Watson和 Crick曾看过她拍摄的能验证DNA双螺旋结构的X射线晶体衍射照 片,并由此获得了重要启发。 Franklin的贡献是毋庸置疑的:她分辨出了DNA的两种构型,并成功地拍摄了它的X
2 议论，有时是为某个具体实验设计的争论，不分长幼，不论地位，彼此可以毫无顾忌地展 开辩论和批评。历史证明这种文化氛围确实有利于学术进步，所以这种习惯现在已经被国 外许多大学和研究机构仿效，就连国际学术会议的日程安排中，这个节目也是必不可少的。 近十几年来，国内个别大学和科研单位的领导人也在试图推广这种做法。如果能够长期坚 持下去，必有收获。在卡文迪许实验室里，Watson 遇到了物理学家 Crick，又得到机会向 Wilkins、Franklin 等 X 射线衍射专家学习，还有包括著名蛋白质结构专家的儿子在内一批 科学家和他经常交换各种信息和意见，又得到实验室主任 Bragg 等老一辈的指导和鼓励， 这些都是他取得成就的重要因素。而直接导致 Watson 集中精力从事 DNA 结构研究的契机， 则是他得到美国主管部门资助去参加在拿不勒斯召开的学术会议，在那里他看到了 Wilkins 的 X 射线衍射图片。 创新者必须破除迷信，敢于向权威挑战。1953 年的 Watson 和 Crick 都是名不见经传的 小人物，37 岁的 Crick 连博士学位还没有得到。受到前人的影响，他们原来按照 3 股螺旋 的思路进行了很长时间的工作，可是既构建不出合理模型，也遭到结晶学专家 Franklin 的 强烈反对，结果使工作陷于僵局。在发现正确的双股螺旋结构前 2 个月，他们看到蛋白质 结构权威 Pauling 一篇即将发表的关于 DNA 结构的论文，Pauling 错误地确定为 3 股螺旋。 Watson 在认真考虑并向同事们请教后，决然地否定了权威的结论。正是在否定权威之后， 他们加快了工作，在不到两个月内终于取得了后来震惊世界的成果。 两位年轻科学家没有迷信权威，而且敢于向权威挑战，这需要勇气，更需要严肃认真 的实验工作和深厚的科学功底。在科学界经常遇到的是年轻人对权威无原则的屈服，甚至 Watson 在开始知道鲍林提出的是三螺旋模型的一刹那，也曾后悔几个月前放弃了自己按三 螺旋思路进行的工作。不过他们没有从此打住，而是为了赢得时间，加快了工作。因为他 们相信这是智者 Pauling 千虑之一失，很快本人就会发现错误并迅速得出正确结论。Wilkins 在 Franklin 不知情的情况下给他们看了那张照片。根据照片，整日焦虑于 DNA 结构发现 的 Watson 和 Crick 立即领悟到了现在已经成为众所周知的事实——两条以磷酸为骨架的链 相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们连结在一起。他们在 1953 年 5 月 25 日出版的英 国《Nature》杂志上报告了这一发现。双螺旋结构显示出 DNA 分子在细胞分裂时能够自我 复制，完善地解释了生命体要繁衍后代，物种要保持稳定，细胞内必须有遗传属性和复制 能力的机制。这是生物学的一座里程碑，分子生物学时代的开端，怎样评价其重要性都不 过分。 其实，在 1953 年 2 月底，33 岁的 Franklin 已经在日记中写道，DNA 具有两条链的结 构。这时她已经确认这个生物分子具有两种形式，链外面有磷酸根基团。1953 年 3 月 17 日，当 Franklin 将研究结果整理成文打算发表时，发现 Watson 和 Crick 破解 DNA 结构的 消息已经出现在新闻简报中。4 月 2 日，Watson、Crick 和 Wilkins 的文章送交《Nature》 杂志，4 月 25 日发表，接着他们在 5 月 30 日的《Nature》杂志上又发表了“DNA 的遗传 学意义”一文，更加详细地阐述了 DNA 双螺旋模型在功能上的意义。1953 年初， Watson 和 Crick 构建出 DNA 分子双螺旋结构模型，而此时 Franklin 对这一进展并不知情。她更不 知道的是，Watson 和 Crick 曾看过她拍摄的能验证 DNA 双螺旋结构的 X 射线晶体衍射照 片，并由此获得了重要启发。 Franklin 的贡献是毋庸置疑的：她分辨出了 DNA 的两种构型，并成功地拍摄了它的 X
射线衍射照片。 Watson和 Crick未经她的许可使用了这张照片,但她并不在意,反而为他 们的发现感到高兴,还在《 Nature》杂志上发表了一篇证实DNA双螺旋结构的文章 Watson在1968年出版的《双螺旋》一书中坦承,“ Franklin没有直接给我们她的数据”。 而 Crick在很多年后也承认,“她离真相只有两步”。目前,科技界对 Franklin的工作给予 较高评价,对 Wilkins是否有资格分享发现DNA双螺旋结构的殊荣存在很大争论。 1962年,当 Watson、 Crick和 Wilkins共同分享诺贝尔奖时, Franklin已经因长期接触 放射性物质而患乳腺癌英年早逝。 这个故事的结局有些伤感。按照惯例,诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外,同一奖 项至多只能由3个人分享,假如 Franklin活着,她会得奖吗?性别差异是否会成为公平竞 争的障碍?后人为了这个永远不能有答案的问题进行过许多猜测与争论。那么我们应该从 中吸取什么教训呢? 再看一个故事:英国剑桥大学的卡文迪许实验室,一直坚持这样的规定:每天下午六 点整,老资格的研究人员来到实验室,宣布时间已到,要求每个人停止工作。如果谁不遵 守,他们便引用 Rutherford的话加以劝导。 Rutherford说过:“谁未能完成六点前必须完成 的工作,也就没有必要拖延下去,倒是希望各位马上回家,好好想想今天做的工作,好好 思考明天要做的工作。”那是一天深夜, Rutherford披着外衣,又来到实验室检查,惊奇地 发现有人还在做实验。由于低头,又十分专心,那学生没发现 Rutherford站在他的身后。 Rutherford轻声地问道:“你上午干什么?”学生回头一看,是 Rutherford,他马上站起来, 小心地回答:“做实验。” Rutherford又问:“那么,下午呢?”学生回答:“做实验。” Rutherford 提高了声调,再问:“晚上呢?”学生以为老师在表扬他,得意地回答:“还是做实验。” Rutherford极为严肃地问:“你整天做实验,还有时间去认真思考吗?!”那学生低下了头。 临走, Rutherford告诫他:“别忘了思考!”从此,卡文迪许实验室的人记住了 Rutherford 的忠告:“别忘了思考!” (张咸宁左伋)
3 射线衍射照片。Watson 和 Crick 未经她的许可使用了这张照片，但她并不在意，反而为他 们的发现感到高兴，还在《Nature》杂志上发表了一篇证实 DNA 双螺旋结构的文章。 Watson 在 1968 年出版的《双螺旋》一书中坦承，“Franklin 没有直接给我们她的数据”。 而 Crick 在很多年后也承认，“她离真相只有两步”。目前，科技界对 Franklin 的工作给予 较高评价，对 Wilkins 是否有资格分享发现 DNA 双螺旋结构的殊荣存在很大争论。 1962 年，当 Watson、Crick 和 Wilkins 共同分享诺贝尔奖时，Franklin 已经因长期接触 放射性物质而患乳腺癌英年早逝。 这个故事的结局有些伤感。按照惯例，诺贝尔奖不授予已经去世的人。此外，同一奖 项至多只能由 3 个人分享，假如 Franklin 活着，她会得奖吗？性别差异是否会成为公平竞 争的障碍？后人为了这个永远不能有答案的问题进行过许多猜测与争论。那么我们应该从 中吸取什么教训呢？ 再看一个故事：英国剑桥大学的卡文迪许实验室，一直坚持这样的规定：每天下午六 点整，老资格的研究人员来到实验室，宣布时间已到，要求每个人停止工作。如果谁不遵 守，他们便引用 Rutherford 的话加以劝导。Rutherford 说过：“谁未能完成六点前必须完成 的工作，也就没有必要拖延下去，倒是希望各位马上回家，好好想想今天做的工作，好好 思考明天要做的工作。”那是一天深夜，Rutherford 披着外衣，又来到实验室检查，惊奇地 发现有人还在做实验。由于低头，又十分专心，那学生没发现 Rutherford 站在他的身后。 Rutherford 轻声地问道：“你上午干什么？”学生回头一看，是 Rutherford，他马上站起来， 小心地回答：“做实验。”Rutherford 又问：“那么，下午呢？”学生回答：“做实验。”Rutherford 提高了声调，再问：“晚上呢？”学生以为老师在表扬他，得意地回答：“还是做实验。” Rutherford 极为严肃地问：“你整天做实验，还有时间去认真思考吗？！”那学生低下了头。 临走，Rutherford 告诫他：“别忘了思考！”从此，卡文迪许实验室的人记住了 Rutherford 的忠告：“别忘了思考！” （张咸宁 左 伋）