《自然》的最新评论文章通过新发掘的历史档案，重新审视了富兰克林在DNA双螺旋结构发现中的贡献。这篇评论文章认为，富兰克林扮演的角色被“降格”了：她不应被视作被窃取成果的“受害者”，而是这项研究中的同等贡献者（equal contributor）。
1953年4月25日，一篇只有短短一页的论文在《自然》上发表。这一页纸见证了20世纪最重要的生物学发现，分子生物学的全新时代由此开启。论文作者只有两位科学家——詹姆斯·沃森（James Watson）和弗朗西斯·克里克（Francis Crick），而论文主题则是如今众所周知的DNA双螺旋模型。DNA结构模型的发现为这两位剑桥大学的科学家带来了至高荣誉。1962年，他们与伦敦国王学院的莫里斯·威尔金斯（Maurice Wilkins）共同被授予诺贝尔生理学或医学奖。此时，另一位对DNA结构作出突出贡献的科学家已经在4年前因癌症离世。她就是罗莎琳·富兰克林（Rosalind Franklin）。三名科学家共享了1962年的诺贝尔生理学或医学奖（图片来源：The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962 <https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1962/summary/>
对于富兰克林，我们最深刻的印象或许是下面这张照片。擅长X射线衍射成像技术的富兰克林成功捕捉到DNA的X射线衍射图。这就是“51号照片”，一张载入生物学史册的照片。51号照片。图源：Nature
在许多人熟知的故事版本中，51号照片扮演的角色是这样的——在富兰克林拍下衍射图之后的几个月内，她没有意识到这张照片的重要意义，也没有从中解析出DNA的真正结构。之后，与她同在伦敦国王学院的威尔金斯在没有经过富兰克林同意的情况下，将51号照片和其他数据发给了沃森和克里克，这直接促成他们迅速确认了DNA的双螺旋结构。在1968年出版的《双螺旋》（The Double Helix）一书中，沃森也有着这样的描述：“看到照片的瞬间，我目瞪口呆，心跳加速。” 在这个故事里，富兰克林的衍射图启发了沃森、克里克提出最终的DNA双螺旋模型；同时她也是被“偷走”荣誉、因而没有获得应有赞誉的受害者。但是，除了这张照片，富兰克林似乎游离在了最终的双螺旋理论之外。现在，在DNA双螺旋结构论文发表70周年之际，《自然》杂志的一篇评论文章试图从尘封的档案中揭开富兰克林在这项研究中的真正贡献，并且复原DNA结构发现之路。这篇评论文章的两位作者均为历史学家，分别是正在撰写沃森传记的Nathaniel Comfort，以及正撰写克里克传记的Matthew Cobb。他们在2022年重新查阅了富兰克林在剑桥大学的档案，从富兰克林的笔记中重建了她对于DNA结构的想法演变。此外，两位作者还找到了一份没有发表的新闻报道草稿，这篇基于对富兰克林采访的报道写于1953年的论文发表后不久，原计划刊登于美国的《时代》杂志。连同一封被忽略的信件，作者基于这些档案提出一个不同的观点：富兰克林并不是这个故事中的受害者，而是在解开DNA双螺旋结构的过程中，与其他三位科学家有着同等重要的贡献。接下来，让我们通过两位历史学家的视角，重新回到70年前。在20世纪50年代初，人们只知道DNA含有磷酸骨架，并且结合了4种碱基，但DNA的结构与功能仍是未知数。1951年，富兰克林加入伦敦国王学院，使用X射线衍射成像技术研究DNA的结构。在此之前，她的科研方向是利用X射线研究煤炭，并且发现了煤燃烧的两类焦炭产物及结构差异。而在她加入的伦敦国王学院生物物理学实验室中，还有一位专注于DNA结构研究的博士后，那就是威尔金斯。罗莎琳·富兰克林。图片来源：The Cold Spring Harbor Laboratory Archives；Photo by Vittorio Luzzati
不过，这两位伟大的科学家关系并不好，他们在个性和科研方式方面有着难以调和的矛盾。为了缓和紧张的状态，实验室负责人John Randall将两人的研究任务与样本分开。其中，威尔金斯同意将少量纯度较高的样本交给富兰克林。从这批样本中，富兰克林验证了威尔金斯此前的发现：溶液中的DNA有两种形态，一种是结晶态（称为A型），另一种是次晶态（B型）。富兰克林发现，通过改变环境的湿度，可以使得DNA在两种形态间相互转变：提高湿度，A型转变为B型；反之亦然。富兰克林聚焦于A型DNA的研究，而威尔金斯则专注于B型。富兰克林选择的结晶态DNA有着清晰细节的衍射图案，但分析的难度也更高。最初，富兰克林认为A、B型DNA都是螺旋结构。但由于一直无法解析出A型DNA的结构，1952年，富兰克林推翻了A型DNA是螺旋结构的想法。事实上，对A型DNA的执着也在一定程度上阻碍了她接近真正的答案。毕竟在真实细胞环境中，DNA会以更湿润的B型存在。就连克里克也在论文发表后表示，幸好他没有更早地看到准确但复杂的A型DNA图像，否则也会陷入担心。不过，富兰克林获得的B型DNA X射线衍射图还是成为了揭开DNA结构故事中的焦点，这就是著名的51号照片。51号照片，由富兰克林和她的学生Raymond Gosling共同拍下。根据《双螺旋》一书，后来由于富兰克林将要转至其他学校工作，Gosling转由威尔金斯负责，因此Gosling在富兰克林同意的情况下将照片交给威尔金斯。但沃森能看到这张照片，却是没有经过富兰克林知晓的——沃森在访问伦敦国王学院时，威尔金斯向他展示了这张照片。在《双螺旋》一书中，沃森写道，他看到这张照片后意识到DNA螺旋结构“必须存在”，因为只有螺旋结构才能产生这样的图形。但相较于这种被“神话”的状态，Matthew Cobb和Nathaniel Comfort认为，真实情况其实复杂得多。包括沃森在内的所有人都知道，不可能仅仅从一张衍射照片中就获得准确的结构。并且沃森这段夸张的描述暗含一个不合理的假设：富兰克林作为专业的化学家不理解自己的数据，而沃森作为晶体学新手却能迅速参悟。他们在《自然》的这篇评论文章中指出，51号照片在DNA结构发现中的作用远没有《双螺旋》书中描述得那么显著，真正给沃森、克里克带来帮助的是威尔金斯与富兰克林提供的其他数据。1952年末，沃森和克里克看到了一份来自英国医学研究理事会（MRC）的报告，其中包含了一页对富兰克林工作的介绍。富兰克林确认了B型DNA的结构以34埃为周期、DNA的晶胞很大，此外A型DNA具有C2对称性，因此分子具有数量为偶数的糖-磷酸链向相反方向延伸。Matthew Cobb和Nathaniel Comfort认为，无论是51号照片还是MRC报告，都没有直接让沃森、克里克获得双螺旋结构。而真正令他们提出这一理论的，是六周的不断试错——进行化学计算、摆弄模型。而在他们提出结构的概念模型后，MRC报告中富兰克林和威尔金斯的发现为他们的假说提供了有力的验证。沃森和克里克绘制的DNA结构。图片来源：CC BY 4.0, via Wikimedia Commons） 两位历史学家在评论文章里写道，他们新发现的一封写于1953年1月的信件也暗示了当时的情况。这封信由伦敦国王大学的另一位科学家撰写，目的是邀请克里克参与富兰克林的一场讲座。但信中指出，富兰克林本人表示，剑桥大学的科学家对这些内容已经有了很深的理解，因此“可能不值得前来”。两位历史学家认为，这封信暗示富兰克林已经知道剑桥大学的研究人员可以访问她的数据，并且“似乎并不介意”。两位历史学家最后表示，沃森和克里克并没有像之前故事中那样恶意窃取富兰克林的结果，但这两位科学家并不是无辜的：他们没有告知富兰克林使用了她的数据（尽管数据本身并非窃取而来），并且论文发表后也没有及时承认富兰克林在其中的贡献。更糟糕的是，在富兰克林去世10年后出版的《双螺旋》一书中，沃森以带有偏见的观点淡化了富兰克林的贡献。了解完这些争议，是时候重新审视富兰克林在DNA结构发现中的关键贡献了。富兰克林的研究清晰地展示了A与B型DNA的差异，解决了困扰科学家多年的问题。此外，她还发现了DNA结构的C2对称性，她的数据为DNA结构的确认提供了有力的支撑。在1953年的论文发表之前，富兰克林已经接受了A型DNA很可能是双螺旋结构的观点，但遗憾的是，她没有理解碱基互补配对，也没有意识到她的数据意味着DNA双链向相反的方向延伸。两位历史学家在《自然》杂志的这篇评论文章中表示，一部分原因在于富兰克林没有机会进行同行交流，这限制了科学家之间的思想碰撞。最终，1953年4月25日，论文正式发表。这期具有里程碑意义的《自然》刊登了三篇背靠背论文——一篇来自沃森、克里克，另外两篇DNA结构图像的论文分别来自威尔金斯团队，以及富兰克林和Gosling。DNA结构论文的发表吸引了《时代》杂志在伦敦的记者Joan Bruce的注意。在Bruce的描述中，这项工作是由“两支团队”完成的：一支是威尔金斯和富兰克林，他们通过X射线衍射收集实验证据；另一支是沃森、克里克，进行理论工作。这项发现并不是一场竞赛，而是这两个并行工作，不时讨论、相互确认结果的团队共同的成果。DNA双螺旋结构的解析被描述为4位平等贡献者的工作，富兰克林正是其中之一。不过，这篇报道最终没有发表，可能是因为富兰克林认为其中的科学内容需要经过大量修改才能变得清晰通顺。罗莎琳·富兰克林（图片来源：MRC Laboratory of Molecular Biology / CCBY-SA两位历史学家在《自然》的最新评论文章中表示，在1953年在皇家学会的座谈会上，DNA双螺旋结构的首次公开展示就是由3篇论文的作者共同签名的。DNA结构的发现并没有被视作沃森和克里克二人的胜利，而是联合努力的结果。在1954年由沃森、克里克撰写的详细说明中，他们也承认如果没有富兰克林的数据，他们的结构是“几乎不可能的”。在MRC报告中，富兰克林和威尔金斯独立地表明B型DNA是螺旋结构，并且包含两条链；此外，他们还表明了糖-磷酸骨架以及链的周期。只是，这篇说明了富兰克林平等贡献的说明在以往被长期无视了。需要指出的是，对于这篇《自然》最新评论文章的观点，并非所有科学家并表示认同，其中一些甚至会感到困惑。美国罗格斯大学的结构生物学家Helen Berman表示，“如果说富兰克林是平等的一员，我并不认为她受到了足够好的对待。”此外，几位科学家认为，这篇最新评论最大程度地减轻了剑桥团队的不当行为。而论文作者Comfort则回应称，他们没有试图为沃森、克里克开脱，因为这两位科学家迟迟没有承认富兰克林的贡献。他们应该告诉富兰克林正在使用她的数据，“这样的行为很粗鲁，但算不上偷窃”。将来，随着更多资料的发掘与解密，关于富兰克林以及这项发现的观点或许还将有更清晰的认识。这些工作的真正意义在于，当我们尽可能接近历史真相，才能理解一项科学发现是如何做出的。荣誉的归属很重要，人们的评价也各不相同，但这一切，都应该基于事实。一个事实，超过一万个评价。
注：本文首发于微信公众号“学术经纬”，《赛先生》获授权转载，转载时有编辑。参考资料：
What Rosalind Franklin truly contributed to the discovery of DNA’s structure. Retrieved April 25, 2023 from https://www.nature.com/articles/d41586-023-01313-5
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