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曹聪:DNA结构中的第三个男性

更新时间:2011-12-17 21:28:39
作者: 曹聪  

  

  

  威尔金斯回伦敦后,给克里克写了一封信,不但对沃森和克里克的模型泼冷水,而且希望剑桥方面停止DNA的研究。后来,两个实验室的主任——兰德尔和劳伦斯·布拉格(Lawrence Bragg)——决定沃森和克里克应该停止,并签署了一份备忘录。于是,沃森和克里克给了英王学院一套他们设计的模型架,并提供了有关原子间距离和化学键间键角等用来搭DNA模型的信息。但威尔金斯他们并没有很好地利用这套模型,因为富兰克林强调,只有用X光技术发现了结构才能搭模型,另外,她认为,B-DNA可能是螺旋状的而A-DNA不是。而英王学院对DNA结构的认识在很大程度上取决于在X光衍射方面富有经验的富兰克林的见解。

  进入一九五二年,威尔金斯使用新的高分辨照相机观察精子,得到了更清晰的图像。但其结晶性并不像以前的DNA图像那样明显,威尔金斯吃不准所用的结晶是否正确。一天,威尔金斯偶然遇到了布拉格并给他看了图像,布拉格完全肯定图像提供了DNA螺旋结构的有力证据。于是,威尔金斯写信给克里克,还附上一张图像的草图,标出由点和阴影形成的一个“X”字形。

  

  一九五二年七月,富兰克林正式宣判DNA螺旋结构的死刑。她给威尔金斯和史脱克斯看了所收集到的A-DNA的密度数据,指出如果结构是螺旋形的,反射在图像两边的密度应该相同。但是,富兰克林仔细测量得出的结果显示出轴的两边密度不同。于是,她得出结论,DNA是倾侧的。这一发现令人非常失望,因为如果DNA不是螺旋状或其他简单的形状,其结构将很难确定。后来,威尔金斯在给英国医学研究委员会的报告中指出,最新的研究似乎不支持DNA是螺旋形的结论。

  其实,就在富兰克林宣判螺旋状DNA死刑时,她的抽屉里放着一张尚未示人的X光衍射照片,这张后来名噪一时的一九五二年拍摄到的照片,非常清楚地给出了DNA很可能是螺旋结构的重要证明。一九五三年一月的一天,勾斯林把这张由他和富兰克林拍摄的B-DNA照片交给威尔金斯,说他可以保存和使用。这时,富兰克林正准备离开实验室。那张照片比她在一九五一年拍摄的照片更清晰、反差更强烈,螺旋的X形状更明确。

  令人不解的是,为什么富兰克林已经发现了这一证据,却仍然坚称DNA不是螺旋状的?如果她当时就给威尔金斯等人看这张照片,他们几乎肯定会对她的观点提出质疑。

  几天后,沃森来访,威尔金斯给他看了这张照片,并说起了自己的困惑。他还觉得必须告诉沃森关于DNA中碱基配对的想法。但当时沃森急于离开,两人没有时间详谈,威尔金斯仅提了一句:“我想查加夫的比例是DNA结构的关键。”沃森说,“我也这么想。”

  富兰克林已经放弃了DNA螺旋结构,并把照片交给了威尔金斯,所以并不存在威尔金斯未经富兰克林同意就向沃森展示那张照片的问题。威尔金斯在《自传》澄清了这个事实。而富兰克林半途而废,也许可以用克里克的话来解释:“她缺乏直觉。也许她不相信直觉。”她往往认为,结论应该“用事实说话”。

  一个月后,克里克来伦敦告诉威尔金斯他和沃森关于配对的想法。但在午餐时,他们光顾着谈论富兰克林,忘记了讨论配对。几个星期后,威尔金斯也想出个所以然。B-DNA似乎很明显是螺旋状的,而富兰克林的A-DNA不是。为了解释这个矛盾,威尔金斯设想,DNA可能是倾侧的螺旋状,磷酸盐有规律地排在外面,碱基倾侧地藏在里面——大的腺嘌呤和鸟嘌呤在一边,小的胸腺嘧啶和胞嘧啶在另一边。这些碱基由氢键联起来以满足查加夫的一一相对的比例。这一想法后来被证实,但当时威尔金斯错误地认为DNA可能会有三股或更多的螺旋。

  不久,威尔金斯前往剑桥,交谈中,克里克和沃森问威尔金斯,如果他们重新搭模型他是否在意?威尔金斯并没有把科学研究看成是一场竞赛,尤其不喜欢伦敦和剑桥竞赛的想法。不过,沃森和克里克并没有提到如何协调彼此的研究。也许伦敦和剑桥的备忘录签署已一年,英王学院已获得了机会,威尔金斯给医学研究委员会的报告说明已放弃了螺旋结构。现在该轮到剑桥了。但威尔金斯却感到很失望,因为富兰克林将离开。虽然威尔金斯并不认为自己将成为发现DNA结构的大功臣,他也不乐意让沃森和克里克捷足先登。但毕竟DNA不是私有财产,他别无选择。其实,就像沃森在《双螺旋》中所说,不论威尔金斯同意与否,他们都会开始重搭模型。在这一点上,他们是开诚布公的。

  回到伦敦后,威尔金斯开始重新组建他的DNA研究小组。但就在他给克里克写信报告这一切、并胸有成竹地说取得进展为时不远时,剑桥方面已经完成了他们的模型。

  卡文迪什实验室的约翰·肯德鲁(John Kendrew)给威尔金斯打来电话,邀请他前往参观克里克和沃森的新模型(肯德鲁因蛋白质结构的研究而获得一九六二年诺贝尔化学奖)。从这个高高立起的模型,威尔金斯认出了一些来自自己实验室的特征,磷酸盐在外面,碱基在中间,通过氢键相联。但这个模型的不同之处在于只有两股螺旋。就在威尔金斯集中于模型时,克里克在一旁不停地说话,用二重轴之类的话题来分散他的注意力。他终于认识到,克里克只字不提碱基配对。而这个结构的令人震撼之处就在于两种碱基对具有相同的空间结构和形状。是威尔金斯最先注意到两个查加夫碱基对——嘌呤和嘧啶——大小差不多,但他没有深入进行仔细的和实实在在的研究。而这为克里克和沃森指明了基因复制的机理:把碱基对分开,然后每个碱基与另一个碱基配对——鸟嘌呤配胞嘧啶、腺嘌呤配胸腺嘧啶,DNA分子就能自行复制。

  看完模型后,克里克和沃森邀请他成为描述DNA双螺旋结构论文的共同作者,这着实令威尔金斯感到惊讶。他并没有感谢沃森和克里克的大度,相反产生了对这个结构的一种拥有感,因为他有这方面的经验,模型不少地方依赖于英王学院的工作。但他冷静下来后说,他没有参加模型的构建,所以不能当作者。

  结果剑桥和英王两家分别撰写论文共同在《自然》杂志发表。克里克和沃森写了一篇短文,英王学院也在一两个星期内总结出他们的X光工作。就在威尔金斯的论文快写完时,勾斯林给了威尔金斯一篇富兰克林和他的论文,希望能与威尔金斯等人的论文同时发表。当时威尔金斯认为,富兰克林在离开实验室前就已经放弃了对DNA螺旋结构的探索,并给了威尔金斯那张照片,后来也可能并没有继续这方面的研究。但最后,《自然》杂志还是发表了她那张一九五二年的照片——那张沃森承认给他启发的照片。富兰克林去世后人们从她的笔记本发现,她在快离开英王学院时又开始对DNA螺旋结构重新考虑,而这独立于剑桥大学的工作。

  事实是,英王学院的小组是完全有能力捷足先登的。史脱克斯是理论家,富兰克林和威尔金斯是实验专家,而杰佛利·布朗(Geoffrey Brown)对DNA在生物学方面的重要性有充分的认识。如果富兰克林在一九五二年五月取得这张照片时就与同事分享,DNA研究的进展将会更快。威尔金斯到一九五三年初时还不知道这张照片的存在,也不知道富兰克林后来又重拾起当年的工作。富兰克林的笔记没有提及碱基配对,而威尔金斯认为这很重要。如果威尔金斯和富兰克林早一点探讨这个问题,几乎没有什么可以阻碍他们发现双螺旋。

  威尔金斯后悔没有花更多的时间与富兰克林讨论她的发现及其对理解DNA本质的重要性。而富兰克林的优越感也使威尔金斯暂时丧失了自信心。结果,那种和谐的科学共同体的氛围不见了,英王学院也丧失了取得科学发现优先权的机会。

  在威尔金斯看来,自己获得的诺贝尔奖,其实是对英王学院从二十世纪四十年代后期到六十年代初期在核酸结构和功能研究工作的奖励。这其中自然包括富兰克林对DNA结构的贡献,但这种贡献不一定与实验室中其他研究人员的贡献有着本质性的差别。同时,他指出,DNA双螺旋结构的发现史说明在科学研究中具有思维开放的重要性。

  至于威尔金斯与富兰克林之间的恩怨,也许有人会认为这是典型的“他说、她说”的故事,而富兰克林永远失去了“她说”的机会。威尔金斯承认,他与富兰克林之间从来没有成为好朋友,但开始时相处不错,他对这个同事评价也很高。富兰克林离开英王学院后,他们有机会在伦敦的学术会议上见面,有一次富兰克林还开车送威尔金斯回英王学院。

  但是,许多关于DNA的故事、关于富兰克林的故事,连当事人都认不出了,也使威尔金斯感到不舒服。他认为,富兰克林不见得会喜欢被描绘成女性主义的偶像,她只是有自己的处世哲学。所以,威尔金斯出版《自传》,不但为自己正名,更将有助于还历史的本来面目。威尔金斯驾驭史实,娓娓道来,既不过分自诩,也不为自己护短,体现出一个已届耄耋之年的老人尊重历史、以便后人研究的心态。

  最后要指出的是,虽然本书以《双螺旋结构的第三个男性》为题目,是牛津大学出版社编辑的决定,但是,书名本身反映出围绕着讲述和重述DNA双螺旋结构发现的历史时出现的矛盾、指责、困惑甚至争议。

  (The Third Man of the Double Helix: The Autobiography of Maurice Wilkins, Oxford: Oxford University Press, 2003)


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