醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)研究小故事聰明的Watson和Crick

1、第四章聰明的Watson和Crick幾乎沒有人不知道是Watson和Crick發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，有人還可能知道他們與Wilkins因此分享了1962年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。然而，有多少人記得Rosalind Franklin（19201958）在這一歷史性的發(fā)現(xiàn)中做出的貢獻(xiàn)？50年前，她率先拍攝到的DNA晶體照片，為雙螺旋結(jié)構(gòu)的建立起到了決定性作用。但“科學(xué)玫瑰”沒等到分享榮耀，在研究成果被承認(rèn)之前就已凋謝。Franklin生于倫敦一個(gè)富有的猶太人家庭，15歲就立志要當(dāng)科學(xué)家，但父親并不支持她這樣做。她早年畢業(yè)于劍橋大學(xué)，專業(yè)是物理化學(xué)。1945年，當(dāng)獲得博士學(xué)位之后，她前往法國(guó)學(xué)習(xí)X射線衍

2、射技術(shù)。她深受法國(guó)同事的喜愛，有人評(píng)價(jià)她“從來沒有見到法語講得這么好的外國(guó)人?！?951年，她回到英國(guó)，在劍橋大學(xué)國(guó)王學(xué)院取得了一個(gè)職位。那時(shí)，人們已經(jīng)知道了脫氧核糖核酸（DNA）可能是遺傳物質(zhì)，但是對(duì)于DNA的結(jié)構(gòu)，以及它如何在生命活動(dòng)中發(fā)揮作用的機(jī)制還不甚了解。就在這時(shí)，F(xiàn)ranklin加入了研究DNA結(jié)構(gòu)的行列然而當(dāng)時(shí)的環(huán)境相當(dāng)不友善。她開始負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的DNA項(xiàng)目時(shí)，有好幾個(gè)月沒有人干活。同事Wilkins不喜歡她進(jìn)入自己的研究領(lǐng)域，但他在研究上卻又離不開她。他把她看做搞技術(shù)的副手，她卻認(rèn)為自己與他地位同等，兩人的私交惡劣到幾乎不講話。當(dāng)時(shí)的劍橋，對(duì)女科學(xué)家的歧視處處存在，女性甚至不被準(zhǔn)

3、許在高級(jí)休息室里用午餐。她們無形中被排除在科學(xué)家間的聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)之外，而這種聯(lián)系對(duì)了解新的研究動(dòng)態(tài)、交換新理念、觸發(fā)靈感極為重要。Franklin在法國(guó)學(xué)習(xí)的X射線衍射技術(shù)在研究中派上了用場(chǎng)。X射線是波長(zhǎng)非常短的電磁波。醫(yī)生通常用它來透視人體，而物理學(xué)家用它來分析晶體的結(jié)構(gòu)。當(dāng)X射線穿過晶體之后，會(huì)形成樣一種特定的明暗交替的衍射圖形。不同的晶體產(chǎn)生不同的衍射圖樣，仔細(xì)分析這種圖形人們就能知道組成晶體的原子是如何排列的。Franklin精于此道，她成功地拍攝了DNA晶體的X射線衍射照片。此時(shí)，Watson和Crick也在劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行DNA結(jié)構(gòu)的研究，Watson在美國(guó)本來是在微生物學(xué)家

4、指導(dǎo)下從事噬菌體遺傳學(xué)研究的，他們希望通過噬菌體來搞清楚基因如何控制生物的遺傳。派他出國(guó)學(xué)習(xí)并沒有生硬地規(guī)定課題，甚至他從一個(gè)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室到另一個(gè)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室也能得到導(dǎo)師的支持或諒解。當(dāng)他聽了Wilkins的學(xué)術(shù)報(bào)告，看到DNA的X射線衍射圖片后，認(rèn)定一旦搞清DNA的結(jié)構(gòu)，就能了解基因如何起作用。于是他不等批準(zhǔn)，就決定先斬后奏從丹麥去倫敦學(xué)習(xí)X射線衍射技術(shù)了。至于Crick，他是個(gè)不拘小節(jié)又相當(dāng)狂妄的聰明人，不太受“老板”Bragg歡迎，甚至一度有可能被炒尤魚。但是，當(dāng)因?yàn)閷W(xué)術(shù)問題引起的誤會(huì)消除后，老板照樣關(guān)心他的工作，在那篇?jiǎng)潟r(shí)代的論文寫成后，Bragg認(rèn)真修改并熱情地寫信向Nature推薦

5、。這種現(xiàn)象在一個(gè)以學(xué)術(shù)為重的研究機(jī)構(gòu)應(yīng)該是正常的。人際關(guān)系對(duì)研究事業(yè)的干擾是輕微的。 Watson擅自選擇，后來和Crick一起在那里做出劃時(shí)代貢獻(xiàn)的研究機(jī)構(gòu)，在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是一個(gè)聞名全球的單位英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立于1874年，麥克斯威爾、盧瑟福、玻爾等一批物理學(xué)大師都在這里工作過。創(chuàng)立至今，先后造就了近30位諾貝爾獎(jiǎng)獲得者。早在20世紀(jì)初，物理學(xué)家湯姆森領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)實(shí)驗(yàn)室時(shí)，就形成了一個(gè)“TeaBreak”習(xí)慣，每天上午和下午，都有一個(gè)聚在一起喝茶的時(shí)間，有時(shí)是海闊天空的議論，有時(shí)是為某個(gè)具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的爭(zhēng)論，不分長(zhǎng)幼，不論地位，彼此可以毫無顧忌地展開辯論和批評(píng)。歷史證明這種文化

6、氛圍確實(shí)有利于學(xué)術(shù)進(jìn)步，所以這種習(xí)慣現(xiàn)在已經(jīng)被國(guó)外許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)仿效，就連國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議的日程安排中，這個(gè)節(jié)目也是必不可少的。近十幾年來，國(guó)內(nèi)個(gè)別大學(xué)和科研單位的領(lǐng)導(dǎo)人也在試圖推廣這種做法。如果能夠長(zhǎng)期堅(jiān)持下去，必有收獲。在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室里，Watson遇到了物理學(xué)家Crick，又得到機(jī)會(huì)向Wilkins、Franklin等X射線衍射專家學(xué)習(xí)，還有包括著名蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)專家的兒子在內(nèi)一批科學(xué)家和他經(jīng)常交換各種信息和意見，又得到實(shí)驗(yàn)室主任Bragg等老一輩的指導(dǎo)和鼓勵(lì)，這些都是他取得成就的重要因素。而直接導(dǎo)致Watson集中精力從事DNA結(jié)構(gòu)研究的契機(jī)，則是他得到美國(guó)主管部門資助去參加在那不勒斯召

7、開的學(xué)術(shù)會(huì)議，在那里他看到了Wilkins的X射線衍射圖片。 創(chuàng)新者必須破除迷信，敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)。1953年的Watson和Crick都是名不見經(jīng)傳的小人物，37歲的Crick連博士學(xué)位還沒有得到。受到前人的影響，他們?cè)瓉戆凑?股螺旋的思路進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的工作，可是既構(gòu)建不出合理模型，也遭到結(jié)晶學(xué)專家Franklin的強(qiáng)烈反對(duì)，結(jié)果使工作陷于僵局。在發(fā)現(xiàn)正確的雙股螺旋結(jié)構(gòu)前2個(gè)月，他們看到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)權(quán)威Pauling一篇即將發(fā)表的關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的論文，Pauling錯(cuò)誤地確定為3股螺旋。Watson在認(rèn)真考慮并向同事們請(qǐng)教后，決然地否定了權(quán)威的結(jié)論。正是在否定權(quán)威之后，他們加快了工作，在不到兩

8、個(gè)月內(nèi)終于取得了后來震驚世界的成果。 兩位年輕科學(xué)家沒有迷信權(quán)威，而且敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)，這需要勇氣，更需要嚴(yán)肅認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)工作和深厚的科學(xué)功底。在科學(xué)界經(jīng)常遇到的是年輕人對(duì)權(quán)威無原則的屈服，甚至Watson在開始知道鮑林提出的是三螺旋模型的一剎那，也曾后悔幾個(gè)月前放棄了自己按三螺旋思路進(jìn)行的工作。不過他們沒有從此打住，而是為了贏得時(shí)間，加快了工作。因?yàn)樗麄兿嘈胚@是智者Pauling千慮之一失，很快本人就會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并迅速得出正確結(jié)論。Wilkins在Franklin不知情的情況下給他們看了那張照片。根據(jù)照片，整日焦慮于DNA結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)的Watson和Crick立即領(lǐng)悟到了現(xiàn)在已經(jīng)成為眾所周知的事實(shí)兩條

9、以磷酸為骨架的鏈相互纏繞形成了雙螺旋結(jié)構(gòu)，氫鍵把它們連結(jié)在一起。他們?cè)?953年5月25日出版的英國(guó)Nature雜志上報(bào)告了這一發(fā)現(xiàn)。雙螺旋結(jié)構(gòu)顯示出DNA分子在細(xì)胞分裂時(shí)能夠自我復(fù)制，完善地解釋了生命體要繁衍后代，物種要保持穩(wěn)定，細(xì)胞內(nèi)必須有遺傳屬性和復(fù)制能力的機(jī)制。這是生物學(xué)的一座里程碑，分子生物學(xué)時(shí)代的開端，怎樣評(píng)價(jià)其重要性都不過分。其實(shí)，在1953年2月底，33歲的Franklin已經(jīng)在日記中寫道，DNA具有兩條鏈的結(jié)構(gòu)。這時(shí)她已經(jīng)確認(rèn)這個(gè)生物分子具有兩種形式，鏈外面有磷酸根基團(tuán)。1953年3月17日，當(dāng)Franklin將研究結(jié)果整理成文打算發(fā)表時(shí)，發(fā)現(xiàn)Watson和Crick破解DN

10、A結(jié)構(gòu)的消息已經(jīng)出現(xiàn)在新聞簡(jiǎn)報(bào)中。4月2日，Watson、Crick和Wilkins的文章送交Nature雜志，4月25日發(fā)表，接著他們?cè)?月30日的Nature雜志上又發(fā)表了“DNA的遺傳學(xué)意義”一文，更加詳細(xì)地闡述了DNA雙螺旋模型在功能上的意義。1953年初， Watson和Crick構(gòu)建出DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，而此時(shí)Franklin對(duì)這一進(jìn)展并不知情。她更不知道的是，Watson和Crick曾看過她拍攝的能驗(yàn)證DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的X射線晶體衍射照片，并由此獲得了重要啟發(fā)。Franklin的貢獻(xiàn)是毋庸置疑的：她分辨出了DNA的兩種構(gòu)型，并成功地拍攝了它的X射線衍射照片。Watson和C

11、rick未經(jīng)她的許可使用了這張照片，但她并不在意，反而為他們的發(fā)現(xiàn)感到高興，還在Nature雜志上發(fā)表了一篇證實(shí)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的文章。Watson在1968年出版的雙螺旋一書中坦承，“Franklin沒有直接給我們她的數(shù)據(jù)”。而Crick在很多年后也承認(rèn)，“她離真相只有兩步”。目前，科技界對(duì)Franklin的工作給予較高評(píng)價(jià)，對(duì)Wilkins是否有資格分享發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的殊榮存在很大爭(zhēng)論。1962年，當(dāng)Watson、Crick和Wilkins共同分享諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，F(xiàn)ranklin已經(jīng)因長(zhǎng)期接觸放射性物質(zhì)而患乳腺癌英年早逝（1958年）。這個(gè)故事的結(jié)局有些傷感。按照慣例，諾貝爾獎(jiǎng)不授予已經(jīng)

12、去世的人。此外，同一獎(jiǎng)項(xiàng)至多只能由3個(gè)人分享，假如Franklin活著，她會(huì)得獎(jiǎng)嗎？性別差異是否會(huì)成為公平競(jìng)爭(zhēng)的障礙？后人為了這個(gè)永遠(yuǎn)不能有答案的問題進(jìn)行過許多猜測(cè)與爭(zhēng)論。那么我們應(yīng)該從中吸取什么教訓(xùn)呢？再看一個(gè)故事：英國(guó)劍橋大學(xué)的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，一直堅(jiān)持這樣的規(guī)定：每天下午六點(diǎn)整，老資格的研究人員來到實(shí)驗(yàn)室，宣布時(shí)間已到，要求每個(gè)人停止工作。如果誰不遵守，他們便引用Rutherford的話加以勸導(dǎo)。Rutherford說過：“誰未能完成六點(diǎn)前必須完成的工作，也就沒有必要拖延下去，倒是希望各位馬上回家，好好想想今天做的工作，好好思考明天要做的工作?！蹦鞘且惶焐钜?，Rutherford披著外衣，又來到實(shí)驗(yàn)室檢查，驚奇地發(fā)現(xiàn)有人還在做實(shí)驗(yàn)。由于低頭，又十分專心，那學(xué)生沒發(fā)現(xiàn)Rutherford站在他的身后。Rutherford輕聲地問道：“你上午干什么？”學(xué)生回頭一看，是Rutherford，他馬上站起來，小心地回答：“做實(shí)驗(yàn)?！盧uthe