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发现双螺旋结构（第1页）

发现双螺旋结构

沃森和克里克

说到生物学历史上的重要发现，那就不可能不提到DNA的双螺旋结构。就像所有的发现、发明都十分具有戏剧性一样，DNA双螺旋结构的发现也不例外。

DNA双螺旋结构的发现过程暴露出了人性自私的一面，诺贝尔奖得主和相关人士出版的许多书籍都有提及。在本节中，我将为大家介绍DNA双螺旋结构发现前的一些故事，以及双螺旋结构的生物学意义。

分子生物学是从生物化学和生物物理学延伸出来的学科，是以物理学家为核心发展起来的。到了20世纪中期，分子生物学家开始关注DNA这种能够解释遗传现象的重要物质。在前文提到的薛定谔所著的《生命是什么》（1944年）的出版，也推动了分子生物学家们用物理学和化学的规律来理解生物学。

詹姆斯·沃森通过该书的盛赞了解到了德尔布吕克的“噬菌体团队”，而来到了印第安纳大学的卢里亚研究室。对，他正是确定了DNA分子结构的两人之一。沃森是卢里亚指导的第一批学生。他年仅22岁就于1950年取得了博士学位，经由欧洲大陆来到了英国，加入了剑桥大学的卡文迪许实验室。

在这里，他与确定DNA分子结构的另一人——弗朗西斯·克里克命运般地相遇了。沃森隶属于生物系，主要研究噬菌体遗传学；克里克则是理论物理学出身，在“二战”后转而研究生物学。

两人都被《生命是什么》所打动。野心勃勃的两个人当时还算不得什么人物。恐怕就连他们自己都没有想到，短短数年之后，他们就能够震撼全世界。沃森从还在美国的时候起，满脑子想的就只有DNA，但包括克里克在内，卡文迪许实验室的其他成员却并非如此（虽然都认为“DNA应该很重要吧”）。导致这种情况的最主要的原因，就在于这出大戏的第三位主人公——莫里斯·威尔金斯。威尔金斯也和沃森、克里克两人一起获得了诺贝尔奖。

冷漠的威尔金斯

英国国内DNA结构分析方面的权威，其实是伦敦大学国王学院的威尔金斯。当时的氛围可容不得其他什么人随便涉足这个领域。

在卡文迪许实验室，沃森身边的人都以蛋白质结构分析为中心课题。想要理解生命现象，对蛋白质的研究是不可或缺的。应该说，当时更多的研究者都认为，DNA是蛋白质的配角。无论如何，生物分子的结构都与其功能有紧密的联系，这是研究人员的共识。在确定分子结构时所必需的技术，就是通过X射线衍射进行分子结构分析。接下来，将为大家简要介绍一下X射线衍射实验。

用X射线（也称“伽马射线[1]”）拍摄X光片，能够穿透身体，拍到骨骼和部分内脏。这一点想必各位读者也都了解。

原因是X射线的波长比可见光（红色到紫色，也就是彩虹的七种颜色）更短，短到能够穿透分子之间的缝隙，所以能够拍出穿透身体的X光片。可见光接触到分子后会被吸收、散射、反射（这就是眼睛所看到的“颜色”）。X光片透过身体后，就能够照出体内的形态。

因为X射线也会被较重的原子（电子密度高的原子）弹飞。当X射线直接穿透人体时，显示的图像就是透明的，但当它击中骨头这种金属（钙）元素含量较多的器官时，就会沿着X射线的轨道被反弹，形成阴影。

也就是说X光片是利用X射线完成的皮影戏（医院会将图像黑白翻转）。根据人体组织内所含原子的不同，X射线被反弹的情况，也就是穿透率也会不同。

利用这一原理所发明的物质结构分析技术就是X射线衍射。X光片只是粗略地拍摄大件物体，不过原理上是利用原子的电子密度来改变X射线的轨道。

也就是说，在分子级的小范围内，只要拍下X射线是如何散射的，就能够预测出构成分子的原子是如何分布的。更准确地说，是拍摄当X射线穿过原子之间的缝隙时，衍射的X射线是如何相互干涉的（斑点）。如果晶体结构很有规律，那么斑点的形态也会很有规律。

从斑点的分布规律来倒推，就能够复原原子的立体分布（分子结构）。进入20世纪之后，这种技术广为流传。到了第二次世界大战前后，研究的对象就已经从无机物转向了有机物和生物分子（尤其是蛋白质）。

让我们回到1950年的英国。伦敦大学的威尔金斯想要利用X射线衍射来确定DNA的结构，但是实验的进展并不顺利（因为X射线衍射实验难度很高）。沃森原本更想加入威尔金斯门下，而不是卡文迪许实验室，但在那之前不久，他在意大利的罗马举办的学会上遇到过威尔金斯，对他印象很差，于是便放弃了。

其实，威尔金斯也是研究物理学出身。在战时曾参加过曼哈顿计划，研究过核弹，在战后转而研究生物学。威尔金斯也被《生命是什么》打动，对光学颇有研究的他，接手了一项观察活的动植物细胞中的DNA的项目，作为研究的一部分，他试图通过X射线衍射来确定DNA的结构。

这也就是说，威尔金斯是出于生物物理学的研究角度对DNA感兴趣，他并不像沃森那样对以噬菌体研究为代表的遗传学十分了解。他并非刻意忽略沃森。面对和自己兴趣不同还爱指手画脚的毛头小子，他没什么热情态度也是没法子的事。

失落的沃森选择了剑桥大学，作为自己在伦敦大学之外可以研究生物分子X射线衍射的地方。失意的他却在这里结识了克里克。命运有时真是令人难以捉摸。

被误解的女性研究者

诺贝尔奖（发现DNA双螺旋结构）的三位得主都已经登场，接下来我将为大家介绍第四位主角。她就是本节的一抹亮色，也是最为关键的人物：罗莎琳德·富兰克林。

富兰克林去世时年仅37岁，遭受了许多误解和偏见。尤其是在她去世后，沃森的著作《双螺旋》更进一步加深了人们对这位女性研究者的偏见。直到21世纪，有人为她出版了一部详细的传记，才为她抹去了在人们心中的错误印象。

富兰克林是生于英国的犹太人，1950年，她结束了法国的留学，来到了威尔金斯所在的伦敦大学。她原本是受聘于威尔金斯的上司约翰·蓝道尔，但矛盾的种子从一开始就已经埋下。

蓝道尔也是一位战后从物理学转而研究生物学的研究者。他很擅长操作项目，也很懂怎么从国家拿到项目预算，但在研究室的管理上却算不得公平公正，为人颇有些像一名政客。虽然不撒谎骗人，但他却喜欢把消息全部掌握在自己手中，让研究室的工作人员按自己的心意办事。

威尔金斯有些洁癖，在研究上是蓝道尔的左右手，但他却并不怎么喜欢自己的上司。而蓝道尔一手管着机构运营，同时又喜欢亲自做实验（但因为过于繁忙，在时间上很难办到）。

在这种情况下，蓝道尔便雇用了富兰克林，以取代不听指挥的威尔金斯，来为自己感兴趣的研究服务。这个研究，正是通过X射线衍射分析DNA的分子结构。当然，这也是威尔金斯曾负责的研究之一。

蓝道尔告诉威尔金斯，自己“为了确定DNA的分子结构，雇用了一位X射线衍射的专家”，同时告诉富兰克林，“你就专门负责研究DNA的分子结构。之前负责这个项目的威尔金斯还有别的工作要做，没关系”。

被误解的真相

威尔金斯因为休假而缺席了富兰克林赴任伦敦大学之后的研究会议。蓝道尔失算的地方在于，富兰克林不听从自己的指挥，而且是一个比旁人更加自傲且拥有与之相符的出众能力的研究者。富兰克林在法国留学期间因分析碳分子结构而声名鹊起，是利用X射线衍射分析晶体结构的专家。蓝道尔的如意算盘全打错了，为之后留下了隐患。

果不其然，威尔金斯休假回来之后和富兰克林大吵了一架。威尔金斯以为自己多了个助手，但在富兰克林看来，自己却是一个独立项目的负责人。

富兰克林的不幸中也有时代的因素。当时人们对女性的独立还有偏见，女性研究者更是少之又少。富兰克林摆出了作为独立研究者的姿态，面对干涉自己所负责的研究且态度近乎侮辱的男性研究者们，采取过于感性的应对措施，也是很可以理解的。说是大吵了一架，其实是威尔金斯面对态度坚决的富兰克林，因为自己的研究莫名被转交而感到迷惑不已。

富兰克林只不过是尽力保护自己的研究而已。但沃森却在自己的著作《双螺旋》中，为了把此事描绘得更加可笑，用带有偏见的男性视角称，“富兰克林为人封闭，眼界狭隘，只知道守着自己的数据，结果错失了双螺旋，是个‘DarkLady’（性格阴暗的女人）”，将这种极为不礼貌的偏见传播给了世人。

最终，蓝道尔也没有从中恰当地协调，富兰克林在研究室待了两年左右之后就离开了。然而，她在此期间所记录下来的宝贵数据，最终揭开了DNA的双螺旋结构。尤其是后来被称作“51号”的DNAX光片，更是起到了决定性的作用。

富兰克林的实验笔记在几年之后公开了，克里克看到之后称，当时富兰克林距离正确答案只差两步之遥。他还说，如果他是富兰克林的话，能够在三个月之内走完这两步。

富兰克林发现了DNA分子的结晶因为含水量不同而可以分为A型（干燥）和B型（湿润）两种，两者在结构上有所不同。富兰克林已经确认，B型DNA呈双螺旋结构。