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发现双螺旋结构的人们(上)

撰文/王渝生  发表于 2018年05月10日

60年前的1953年,两位年轻的生物学家沃森和克里克建立了著名的DNA分子结构双螺旋模型。50年前,他们获得了1962年度诺贝尔生理学或医学奖,成为20世纪生物学领域两颗璀璨的明星。威尔金斯和富兰克林通过X射线衍射获得的DNA晶体结构照片对这一发现起到了重要作用。因此,威尔金斯同沃森、克里克一道也获得该奖项,而富兰克林则因英年早逝,与诺贝尔奖失之交臂。

 

富兰克林:短暂而辉煌的一生

罗莎琳·富兰克林(Rosalind Franklin19201958)生于伦敦,15岁就立志要当科学家。她早年毕业于剑桥大学,专业是物理化学。1945年获得博士学位后,前往法国学习X射线衍射技术。1951年回到英国,在剑桥大学国王学院取得了一个职位。

当时,人们已经知道脱氧核糖核酸(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,富兰克林加入了研究DNA结构的行列,然而当时的环境对女性科研工作者相当不友善。同事威尔金斯不喜欢她进入自己的研究领域,但在研究上却又离不开她,两人交恶到几乎不讲话。

富兰克林在法国学习的X射线衍射技术在研究中派上了用场,她成功拍摄了DNA晶体的X射线衍射照片。富兰克林拍摄的图像完美地显示了DNA分子以A型和B型两种形式存在。

在潮湿状态下,DNA的纤维会变得较长较细,拍出来的照片为B型;而干燥的时候则变得较短较粗,称为A型。由于A型能够看到更细微的构造,她便把全部精力投入到ADNA的解析中,B型则交给威尔金斯。由于与威尔金斯之间关系的恶化,她未与别人提及自己的发现。威尔金斯在她不知情的情况下,把照片给了当时在剑桥卡文迪许实验室工作的沃森和克里克。

沃森和克里克看到那张照片,很快就领悟到DNA的结构: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。

富兰克林的贡献毋庸置疑:她分辨出了DNA的两种构型,并成功拍摄了其X射线衍射照片,但她生前身后都没有获得应有的荣誉。沃森和克里克未经她的  许可使用了这张照片,她并未在意,反而为他们的发现感到高兴,还在《自然》(Nature)杂志上发表了一篇证实DNA双螺旋结构的文章。

 

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富兰克林得到的DNA的X射线衍射照片

 

沃森:知识渊博而不迂腐

詹姆斯·沃森 (James Watson1928)被许多人描述为“才华横溢、直言不讳、性格怪异”。他孩提时代就非常聪明好学,有一个口头禅是“为什么?”在一次广播节目比赛中,他获得“天才儿童”的称号。

大学高年级时,沃森阅读了物理学家薛定谔的书《生命是什么?》,他深深地被控制生命奥秘的基因和染色体吸引住了。

1950年完成博士学业后,沃森来到欧洲。他先是在丹麦的哥本哈根工作,后来到著名的英国剑桥大学的卡文迪许实验室。从那时起,沃森知道DNA是揭开生物奥秘的关键,他下决心一定要解开DNA结构之谜。

他与同样在卡文迪许实验室工作的克里克志同道合并成为合作者。他们相互弥补,通过绝妙的协作,使遗传学、化学、物理学等有关DNA的各种研究知识逐渐得到整合。当他们看到富兰克林拍摄的BDNA的照片后,很快就弄明白了DNA呈螺旋状结构。沃森注意到了腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)相配成对,鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)相配成对。ATGC的构造十分相似,两者构成一组。这种组合重复积累形成了双螺旋。沃森在1953228日推测出ATGC配对,他们在当年423日刊出的《自然》(Nature)杂志上发表了关于DNA双螺旋结构的论文。正如沃森和克里克所说的那样,“这美丽的结构,简直就是注定要存在”的事物。

1956年,沃森到哈佛大学任生物学助理教授,研究重点是RNA及其在基因信息传递中所起的作用。1976年,沃森担任美国冷泉港实验室主任并使其成为世界上最好的实验室之一,该实验室主要从事肿瘤、神经生物学和分子遗传学的研究。

沃森在生物学的发展中起到了非常大的作用,例如攻克癌症的研究、重组DNA技术的应用等等。他还是人类基因组计划的倡导者,19881993年曾担任该计划的主持人。

沃森另一个感兴趣的问题就是教育,他的第一本教科书《基因的分子生物学》为生物学课本提供了新的标准。随后陆续出版了《细胞分子生物学》、《重组DNA》。他还积极探索利用多媒体进行教育的方法,并且通过互联网设立DNA学习中心,这一中心也成为冷泉港实验室的教育助手。

 

(本文发表于《科学世界》2013年第1期)


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