12 罗莎琳是一个“怪女人”吗?
20世纪50年代早期,富兰克林独立地发现DNA结构……富兰克林的这个发现帮助詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克战胜了她,并赢得了诺贝尔奖——他们在她不知道的情况下就使用了这些数据,甚至没有给她充分的荣誉。
S.B.麦克格雷茵
当我们看了关于罗莎琳·富兰克林(1920—1958)的几本不同人写的传记后,我们多半会陷于迷惑之中,因为它们给我们留下了完全不同的两种形象:有的作者(例如詹姆斯·沃森)把富兰克林写成一个性格古怪、令人厌恶的老处女,甚至让她周边的年轻研究生对她敬而远之,连坐汽车都怕与她一起;有的作者(例如富兰克林的好友安妮·萨尔等)就完全不同,虽然富兰克林作为一个极富天才的科学家行事严格、雷厉风行、厌恶愚蠢和不负责任,但她在实验室外美丽可爱、热情温柔、非常合群。
到底哪一个形象更真实呢?
童年和求学时期
1920年7月25日,罗莎琳·富兰克林出生在伦敦一个富裕的犹太银行家家庭,她是五个孩子中的老二。她的先祖1763年就居住在英国,到她的祖父母一代已经过着上层社会的英式生活了。他们在伦敦某个舒适的社区有一所大房子,以及一幢乡间别墅,当他们去地中海过冬的时候,要带上一批英国佣人。
英国女科学家罗莎琳·富兰克林
作为孩子的罗莎琳常常感到自己因为是个女孩而受到了歧视。她觉得家人不理解她,记忆中她的童年是一场为争取大家的承认而进行的紧张斗争。因为她不喜欢“扮家家”之类女孩子的游戏,也讨厌布娃娃,所以父母认为她“务实,不容易动感情,死板而没有想象力”。她喜欢缝纫、做木工、玩一种组合玩具,她的母亲曾经称赞罗莎琳缝的花边“非常精巧”,她的储币盒“设计精美”。但是罗莎琳分析事物的能力却几乎没人发现。
她曾经就读于圣保罗女子学校。这是一所专供富人家的女儿读书的全日制学校,教学水平很高。圣保罗女子学校开设的物理和化学课程很优秀,这使得罗莎琳不到15岁时就已下定决心要成为一名科学家,希望以后能够到剑桥大学学习物理和化学。
后来她通过了入学考试,然而等待她的却是痛苦的失望。因为她的父亲坚决反对妇女接受大学教育,拒绝付学费供她去剑桥读书。他年轻时也曾想从事科学事业,而且如果是个儿子想读大学的话,他也会非常高兴,但是女孩子就不同了,她们可以做一个优秀的志愿工作者,却不应该成为专业人才。
因为父亲拒绝她读书,差一点引发了罗莎琳父母美满婚姻生活中唯一的一次危机。罗莎琳最喜欢的一位姑姑,艾丽丝·富兰克林,怒气冲天地对她的哥哥说,她个人将资助罗莎琳去剑桥;紧接着母亲也宣布:她,瓦蕾,将从自己的财产中支付罗莎琳的学费。
面对家里三个愤怒的女人,罗莎琳的父亲只好让步,同意支付罗莎琳的学费。这个同意显然很勉强,接受者也仍然愤愤不平。罗莎琳深深爱着母亲,但没有忘记父亲曾经的拒绝,虽然她后来在研究病毒方面的工作让他引以为豪。罗莎琳常跟朋友们说:女儿总是处在特别不利的地位。
第二次世界大战爆发前,罗莎琳·富兰克林进入了剑桥大学的一所女子学院——纽海姆学院(Newnham College)。纽海姆学院是剑桥大学第二所专为女子开设的学院,于1871年建立。第一所女子学院是格顿学院,于1869年建立。纽海姆学院的女教师们大部分未婚,看上去也都极其严肃可畏。富兰克林美丽可爱,她可决不愿像她们那样。几年后,她几乎宁可拒绝剑桥提供的一份工作,而不愿意在剑桥大学当女教师。可以想见,罗莎琳是一个性格完善的女性。
剑桥大学的纽海姆学院
初露锋芒
战争给富兰克林带来的少有的几件幸事之一便是她与阿德琳娜·威尔的友谊。威尔是一位杰出的法国女物理学家,她曾在居里研究所与玛丽·居里和伊伦娜·约里奥-居里一同工作过。战争期间,威尔逃到英国后在剑桥工作,富兰克林成为她的好朋友,还和她同宿舍住了一年。第二次世界大战后,正是威尔给富兰克林在巴黎找了一份工作和一间房子。
1941年从剑桥毕业后,富兰克林跟随后来获得诺贝尔奖的化学家罗纳德·诺里斯(1897—1978,1967年获得诺贝尔化学奖)从事了一年的物理化学方面的研究。
为了对战争做点贡献,她开始为英国煤炭利用研究联合会研究煤炭的物理结构。这是一个庞大而重要的战时问题:如何更有效地利用英国的煤和木炭。从22岁到26岁,富兰克林发表了五篇关于煤炭的论文,至今这些论文仍然被广泛地引用,对高强度碳纤维的学科发展起了重要的作用。那个时期她跟一个表妹住在一起,每天顶着空袭,骑车狂奔穿越莆特内小广场,来到伦敦南部她工作的地方。她从未抱怨,但非常害怕。
正是这项工作,使她在1945年从剑桥大学拿到了物理化学的博士学位,那年她才26岁,已经成为工业化学领域公认的权威。以今天的标准来看,她能如此年轻取得如此重要的研究成果,简直不可想象。
富兰克林在实验室工作中很快意识到,她需要掌握正在不断发展的用X射线衍射研究结晶学的方法,因为只有用这种方法才能了解物质和它们的构成。结晶学(crystallography)是物理学的一个分支,是用于揭示物质内原子排列的一个强有力的技术手段。传统上结晶学家用X射线照射结晶状的固体,这些固体的分子以规则的方式重复排列。当一束光线射入晶体时,大部分光线能完全穿过晶体,少数光线在晶体内被反射,并从不同的方向投射到感光胶片或是别的探测装置上。研究人员根据胶片上黑点的强度和角度,可以分析出原子在晶体内的排列。德国物理学家劳厄和英国物理学家布拉格父子发明了这项技术,并且这三人都因此获得了诺贝尔物理学奖。
富兰克林的进取、敢为人先的性格,决定了她从来就不是一个遵循传统的结晶学家。她不研究那些规则的简单晶体,而是开创性地用X射线衍射来研究不规则的物质,比如碳,以及比较复杂的生物分子。
巴黎的欢乐时光
1945年战争结束时,富兰克林给威尔写信,询问巴黎有没有什么工作,可以提供给她这样一个对物理化学有所了解、对碳分子结构十分熟悉的人。在威尔的帮助下,她在巴黎的国家化学部实验中心找到了一个职位,并从1947年开始工作。
27岁富兰克林来到巴黎时,开始了一生中最快乐的三年时光。她是一个非常漂亮的姑娘,有着细嫩的橄榄色皮肤、一头漆黑的头发,一双明亮的大眼睛高兴时光芒闪烁,生气时也会杏眼圆睁。她身材苗条,行动灵敏,她那欧洲风格的穿着时髦却不夸张。她的同事都是年轻人,很多还是战争时期法国抵抗运动中的共产党人。他们常常在小吃店一起吃午饭,互相邀请共进晚餐,周末还去野炊,或者一大群人去爬山、滑雪、宿营。一开始,她对法国男女之间的这种亲近还有些吃惊:剑桥的女生可不习惯男女合住一个旅馆房间。
富兰克林讲一口法语,让人一点都看不出英国人的保守做派。她的传记作家,也是她在巴黎的朋友,安娜·萨尔[1]说:
她总有很多乐趣,完全不是个沉闷的人。我想她比她的实际年龄要小,有点爱捣蛋,爱捉弄人。她那会儿其实比我年长,可我感觉自己像是她的姨妈。
下班以后,富兰克林常常耍小聪明,搞恶作剧,然后开心极了。在宴会之类的“正式场合”她比较沉闷,她喜欢小型的聚餐。她还是法语最新流行语的专家,能以最快的速度玩复杂的法语单词游戏。她喜欢在背后聊聊朋友的三角恋情,逛跳蚤市场、街边集市和百货商场。跟她交谈总是心情轻松、令人愉快。结晶学家大卫·萨尔评论说:
“她的特点就是快乐。”
战争期间富兰克林被困在英国,哪里也不能去,现在她可以愉快地畅游欧洲大陆了。她细致地计划路线,甚至精确到分钟,她拿着地图、导游手册和国际时间表相互对照,确定最省钱又能穿过最多山地风光的路线。她喜欢山,喜欢户外活动,常常参加那种全天候的每日行进二十英里的长途跋涉,还有自行车旅行,每天不累得精疲力竭决不罢休。
1951年罗莎琳(左1)与友人在法国布列塔尼合影
她曾对一位朋友丹妮瑟说:
“我会高高兴兴地嫁人,但却不想要孩子。”
原来富兰克林太喜欢孩子了,所以不愿意将孩子交给保姆带,而她从事的科学工作又使她不可能成为一个全职妈妈。她也不喜欢她父母的那种上层社会生活方式;虽然家里很有钱,但她的房间很朴素,她是个社会主义者。
她对待科学非常认真,厌恶浪费时间。她不喜欢在工作时闲聊,但喜欢有意义的科学讨论,她和大卫·萨尔常常就结晶学的问题进行激烈的讨论。对她而言,富有激情的争论原本就是一个科学家的工作乐趣之一。她会毫不留情地批评,常常让被批评的人感到自己很笨。要是哪个同事用完暗房却没有收拾干净,她会大发雷霆。
她快30岁了还没结婚,所以在20世纪30年代的法国人看来,她那些缺点也只不过是老姑娘的怪脾气而已。
实验室里的恩恩怨怨
1950年,在法国呆了3年以后,富兰克林认识到该认真考虑自己的事业了。如果她想在英国建立自己的事业的话,这会儿就该回去了。
她的时间把握得非常好。结晶学家们已经掌握了如何测定简单的、高度规则的小晶体的原子排列,现在他们正转而研究那些大型的生物物质的复杂排序。生物学家和生物化学家们运用物理学中的技术,解决了一个又一个重大问题。
英国物理学家约翰·兰德尔曾在第二次世界大战中发明了雷达的关键技术,现在在伦敦大学国王学院组建了一支多学科研究队伍,物理学家、化学家、生物学家们正共同研究活细胞。他们已经知道是DNA(脱氧核糖核酸)能将基因信息从一代传给另一代。他们也发现很多蛋白质的原子排列呈螺旋形,就像旋转楼梯,或者一卷拉开的弹簧。但没有人知道DNA的结构,更不会想到它将揭示遗传的秘密。
国王学院里一名叫雷蒙德·戈斯林的研究生拍下了DNA分子的一些X射线照片。这些照片应该算是当时拍得最好的了,但兰德尔认为应该让一位专家来分析它们。兰德尔四处寻找合适的人选。当他得知罗莎琳·富兰克林正想回英国谋得一个研究职位的时候,就为她找了一份研究生的奖学金,想聘请她。他给她写了一封信,解释她未来的工作。他明确地告诉她,她将独立承担一个新课题。在信中他写道:
经过考虑并且和相关专家讨论后,我们想请你承担更为重要的工作,研究某种我们感兴趣的生物纤维……这就意味着在X射线实验方面,只有你,研究生戈斯林,以及从美国锡拉丘兹(Syracuse)来的研究生赫勒尔夫人担当临时助手。
1951年富兰克林来到国王学院,报到的第一天就参加了一次会议,兰德尔的副手莫里斯·威尔金斯(1916—2004,1962年获得诺贝尔生理学/医学奖)那时正好外出度假了。这次会议为她后来与威尔金斯的长期不和埋下了种子。威尔金斯在第二次世界大战前就曾是兰德尔的研究生,战争中参加了原子弹的研究工作,他对富兰克林此后几年的实验室工作将扮演至关重要而又充满争议的角色。在威尔金斯缺席的情况下,兰德尔参加了会议,他将DNA和戈斯林交由富兰克林负责,并叮嘱她将研究的资料“锁好,存好,保管好”。在她来之前,整个实验室已经几个月没有人做DNA方面的实验了,所以富兰克林便认为自己全权接管这件事了。当威尔金斯回来以后,他不了解兰德尔对罗莎琳的叮嘱,还以为富兰克林只不过是实验室请来的一个高级技术助手,为实验室提供实验数据以供分析。
莫里斯·威尔金斯
詹姆斯·沃森(1928— ,1962年获得诺贝尔生理学/医学奖)在他写的《双螺旋——发现DNA结构的个人经历》[2]一书中曾经写到罗莎琳和威尔金斯的关系,他写道:
几乎从罗莎琳刚到威尔金斯的实验室起,他们就开始闹别扭。威尔金斯是一个做X射线衍射研究新手,在专业上很需要别人帮助,并且希望罗西[3]作为训练有素的结晶学家能够促进他的研究工作。但是,罗西可不是这样想的。她表示,她已经把DNA当作自己的研究课题,而且并不认为自己是威尔金斯的助手。……很清楚,罗西要么走人,要么屈从。当然,如果她好胜心强,走人显然更合适一些,因为如果她走了,威尔金斯也难以保持在研究DNA问题上占的领先地位。……很不幸,威尔金斯还找不到任何体面的办法让罗西走人。开始,罗西感到可以在那里工作几年,而且没有人否认她的能力。假若她能克制情绪,那么她有很多机会可以帮威尔金斯一把。然而,期待他们的关系可以改善只不过是想碰碰运气罢了。
富兰克林其实需要一个研究伙伴,不幸的是,环顾四周,她找不到这样的人。而威尔金斯本该是一个很好的伙伴,他对DNA非常有兴趣,两人开始时也相处不错。可是威尔金斯很害羞、被动、不直截了当……对于激烈的争论,他只会转身离去。威尔金斯说话前要仔细考虑,而富兰克林明快、果断、冲动,说话有时像打机关枪。威尔金斯有一次对他的同事阿荣·克鲁格说:
她能把我的思路吓得没有了。
一边是威尔金斯的羞怯,一边是富兰克林的不善寒暄,火炮性格,于是两人见面了,多半只是相互对视一下。后来他俩关系恶化到相互反感,这件事被贾德森称作是“科学史上最大的私人恩怨之一”。
富兰克林发现,国王学院的午餐比巴黎要正式得多,工作人员中有好几位女科学家,但她们都不允许在男性公共休息室中进餐,只能在实验室外面或学生餐厅中吃饭。下班以后,男同事们都去一间只对男性开放的酒吧喝喝啤酒,聊聊圈内的事儿,而女士们从来不可能得到邀请。所以男士们能够像朋友一样轻松地谈论科学,而女士们只能在一种很正式的办公氛围中工作。
剑桥大学国王学院的雄姿
富兰克林在国王学院感到很不愉快,以至于后来在1953年决定抽身退出国王学院,这其间复杂的原因恐怕除了与威尔金斯性格不合、矛盾重重以外,恐怕还有更复杂的如种族、宗教等等方面的原因。她在给萨尔的信中的确写过:
国王学院没有犹太人和外国人。
晚上和周末,富兰克林会去看戏剧,看电影,为工党做义务工作,与圣保罗女子学校和剑桥的朋友们在一起,每周回家看看父母,或者到乡下旅行。她还常在家里搞些小聚餐,向她的英国朋友们介绍法国的佳肴,比如朝鲜蓟、黄油鲜土豆,还有上好的葡萄酒。放长假时,她会去西嘉岛潜水,去阿尔卑斯和南斯拉夫爬山,去以色列和欧洲大陆旅行,所到之处都拍下无数照片。
DNA螺旋结构的发现
在实验室里,富兰克林和戈斯林孤独地工作着。他们收集了大量的关于DNA的数据,发表了五篇论文。从她的论文、报告,以及记在红色小练习本上的实验笔记(这些东西都在她去世之后交由她的好友加同事阿荣·克鲁格保管)中,我们可以清楚地知道她那几年的工作。
首先,她改进了X射线照相机,使之能感受到像针一样细的光束;然后她又在她的DNA样品上下工夫。经她提纯过的DNA看上去像一块旧手绢上的纤维绒毛,从前的实验人员曾经试过用比较粗的DNA纤维,但从未有人破译过这种复杂的纤维状物质的分子结构。富兰克林因为研究过不定型煤和黏土这类物质的结构,知道如何对付那些不完全是结晶体的材料,所以她能找出一种更新更好的方法来排列DNA的绒毛状纤维。因为一根纤维太细,无法反射X射线,所以她将这些纤细的绒毛状纤维弄成一束,然后将X射线对准纤维的中心,得到了更为清晰的照片。最后,她又研究了纤维在潮湿空气中的状况。她将它们放在一个盖着的盐水罐子上,测量空气的湿度,并将湿度与纤维的状况联系起来。作为一名物理化学家,她清楚湿度的控制对于清晰的成像是至关重要的。水分子能够填充晶体原子间的空隙,使得晶体能够“直立”起来。
1951年,她根据DNA分子吸收水分的多少,判断它们以A和B两种形态存在。当纤维周围空气达到75%的相对湿度时,她得到的照片与戈斯林在她来之前得到的最好的照片差不多。她把这称为DNA的“干燥A态”。当湿度上升到95%左右时,分子会伸长25%,而且突然离开它站立的地方。这些湿纤维散射的X射线在成像胶片上反映不出什么细节,只留下一个简单的十字形。十字形是螺旋结构的特有迹象,由此富兰克林知道,“湿”的DNA分子呈螺旋结构。富兰克林称之为DNA的“湿润B态”。而且富兰克林还能通过改变纤维周围空气湿度而使DNA分子在两种形态间转换。在国王学院仅仅一年,富兰克林就改进了DNA的研究。她对DNA两种存在形态的发现使她获得巨大的优势。其他研究学者都不知道DNA样品原来可以有两种形态。
罗莎琳在国王学院办公室里的照片
因为分子很容易从周围空气中吸收或释放水分,富兰克林便推断,DNA中含有磷酸醣。而且她还突然灵机一动地得出结论:这些醣应该位于分子的外侧靠近周围水分的地方;而包在螺旋结构内部与水隔开的碱基应该像楼梯的一级级台阶那样,顺着螺旋结构往上排。
这两点她都猜对了!这是DNA分子结构排列的四个重要特点中的第一个,还有三个未解之谜有待破译:DNA分子是由两条互相缠绕的、由磷酸链组成的螺旋结构;这两条链方向相同,这样才能一条向上旋,一条向下旋;每个碱基都是由一对特定的碱基构成。谁能掌握DNA的这四个要点,谁就能揭示遗传的秘密。但是富兰克林和其他所有人都还不知道这些。
与成功擦肩而过
当富兰克林开始获得一些数据时,威尔金斯开始迫不及待地来解释这些数据。威尔金斯把富兰克林看成是他手下的一个助手,当然有权利分析和使用她得到的数据资料。但是富兰克林认为自己是独立的,在研究DNA方面独当一面,别人对她的数据绝对不能任意使用。她认为威廉·布拉格(1890—1971,1915年获得诺贝尔物理学奖)曾经向她强调过这一点(至少她是这样认为的)。所以当她知道威尔金斯想占用她得到的实验数据时,她大声抗议道:
你怎么敢来替我解释我的数据?
她觉得兰德尔和威尔金斯对她的态度是:感谢你提供了精美的照片,我们会来分析它们的。
当威尔金斯告诉她,简单的十字形B态照片表明DNA是螺旋结构时,她很反感他草率地作出结论。虽然她自己也想一步一步证明DNA的两种形态都是螺旋结构,但她要的是坚实的证据,而不是随意猜想。1951年秋天,她和威尔金斯之间又发生过激烈的争执,富兰克林差一点就准备回巴黎。在那之后,两人只能各自小心地求同存异。
1951年11月,富兰克林在国王学院的讨论会上,就她的研究工作做了发言。坐在听众席最后的有一位陌生的、瘦得像麻秆的年轻人,他头发凌乱,眼睛突出,直盯着富兰克林。他就是来自美国印第安纳大学的研究基因的学者——沃森。当时他正在剑桥大学与一位英国研究生弗朗西斯·克里克(1916—2004,1962年获得诺贝尔生理学/医学奖)共同进行DNA的研究。富兰克林对DNA结构的了解远远超过沃森和克里克,沃森本可以从她的发言中学到很多东西,可是他很骄傲,不愿边听边做笔记,而且他忙于分析富兰克林的相貌,以至于记错了她的数据。
美国生物学家詹姆斯·沃森(右)和英国生物学家克里克
后来沃森在一本畅销书《双螺旋——发现DNA结构的个人经历》中,奚落富兰克林的个性和科学天赋,说她的发言就像是参加选美比赛,还说“她的讲话没有一丝热情,听起来又不轻松”。富兰克林本来从不戴眼镜,但在他的想象中,他说她戴着,而且还好奇地设想,要是她取下眼镜,再换个时尚的新发型,看上去会是个什么样子?沃森称她为“威尔金斯的助手罗西”,他觉得听众们害怕她。沃森在书中写道:
到11月中旬,我所学到的结晶学知识已经足以听懂罗西滔滔不绝地讲演有关DNA问题时的大部分内容。更重要的是,我知道了应该关注什么。……
在一间朴实无华而陈旧的教室里,罗西快速而局促地为我们约15位听众讲演。她的讲话既没有热情又不轻松。可是,我并不认为她的演讲十分乏味。我忽然猜想,如果罗西摘下她的眼镜,再留一种新式的发型,看上去会是什么样。然而,很快我又开始全神贯注于她对DNA的X射线衍射图谱的描述。
……
第二天上午,我在帕丁敦车站与弗朗西斯·克里克相遇。……我们刚进车厢,弗朗西斯就开始问我有关罗西讲演的问题。我的回答常常很含糊,弗朗西斯显然对我只相信记忆而从不做笔记的习惯不满。如果一个课题使我感兴趣,我常常会回忆起我所需的东西。然而这一次有些麻烦,原因在于我不太懂晶体的行话。尤其遗憾的是,我无法精确回答出罗西测量的DNA样品的含水量。我可能在数量级上对弗朗西斯讲错了。
让我去听罗西的报告算是找错了人。如果弗朗西斯去听的话,就不会有这种糊涂事了。
就靠着对富兰克林的数据的断章取义的理解,沃森和克里克制作了一个DNA分子的模型,还把朋友们叫来欣赏。富兰克林看了以后,立刻看出了他们的错误之处,并告诉了他们。沃森承认说:
最烦人的是,她的反对意见完全不是意气用事。……原来我把罗西的DNA样品的含水量记错了。这使我们挺尴尬。
卡文迪什实验室主任布拉格爵士称这个模型是他见过的“最大的失败”,并且禁止沃森和克里克再进行DNA方面的工作。布拉格认为,剑桥大学突然插手国王学院的课题,这不是什么有风度的竞赛精神,尤其是当他们又做错了的情况下。至此为止,富兰克林仍领先于沃森和克里克。不过,当他们再一次在她的实验数据基础上建立起一个模型时,他们走到了她的前面。
直到1952春天为止,富兰克林仍然是唯一的一个全职研究DNA的科学家。在过去的18个月里,她也已经作出了唯一的有意义的进展。那年的5月,富兰克林用她的X射线束花了超长的时间对准一根超湿润的DNA纤维。在照射了62个小时以后,富兰克林得到一张极其生动清晰的DNA照片,这个简单的十字形后来也无数次地出现在生物学课本上。它的十字纹清楚地表明这是来自于一个螺旋形的分子。这张照片也被公认为是所有X射线照片中最美的照片之一。但是富兰克林只是把它丢在一个抽屉里,然后继续研究干燥A形态的照片,认为它更能反映细节,应该能揭示更多的事实。
罗莎琳1952年拍摄的第51号DNA照片,它是有史以来拍摄的最漂亮的X射线照片之一;它也是沃森知道DNA是螺旋结构的明证
1952年,沃森和克里克整个夏天几乎都在谈论有关DNA结构的事,试图将一些毫无关联的结论结合到一起。但没有什么结果。沃森在自传中写道:
有几次散步时我们又谈到DNA,热情突然之间高涨起来,一回到办公室,我们又忍不住摆弄起模型来。但是克里克几乎立刻发现,曾经引起我们一线希望的那种推断仍旧无济于事。……我常常独自坚持工作半小时或更长的时间,但没有克里克喋喋不休的议伦和鼓励,我显然不能解决DNA的三维结构问题。
与此同时,在国王学院,威尔金斯和富兰克林之间的分歧也日渐扩大。虽然两人都与实验室的同事们讨论自己的工作,但他们俩却相互很少说话。威尔金斯还重复富兰克林的实验,想得到尽量好的数据,可是富兰克林的样品和技术都是无法超越的:也不知是什么原因,从他的照片上总是得不到她的照片上那么多的信息。
威尔金斯向沃森和克里克写信吐露他的一些困难,但却没有像他们建议的那样,用他已知的知识去建立一个玩具一样的模型,而只是对DNA的结构进行猜想。富兰克林像国王学院其他研究人员一样,认为建立模型没有意义。戈斯林回忆说:
我们都觉得,模型可以建无限个,但怎么知道哪个是对的呢?况且我们有(X射线)点阵图,又何必费那个力气呢?千真万确,我们就是这种态度。
在朋友丹尼斯·卢扎逖的建议下,富兰克林开始运用一种复杂的被称作帕特森函数(Patterson function)的数学运算方法,这种方法常常被结晶学家们用于解决简单晶体的问题,但还从没有人将它用于计算纤维的结构。后来的事实证明这项工作极其复杂,甚至过于复杂。从1952年底到1953年的那个冬天,富兰克林一直被陷在数学计算中。她总是想知道,A形态到底是不是和B形态一样是螺旋形的。
如果富兰克林向克里克请教,两人合作的话,就可能在几个月里弄清这个结构。有一次,两人还真是在一起喝茶时碰到过,克里克当场也给她提了一些建议,可是克里克被大家认为是行为古怪、华而不实的理论家,因此富兰克林也就没把他的建议当做一回事。
克里克承认说:
恐怕我们总是喜欢对她采取一种……怎么说呢,也许是屈尊俯就的态度吧。
富兰克林再一次失去了一个寻求合作伙伴的机会。
与他人做嫁衣
1953年初,力量的平衡突然一下子从富兰克林转向了沃森和克里克这一边。通过两次“窃取”行为,富兰克林千辛万苦得来的数据,在她既不知情也未同意的情况下,忽然到了剑桥大学的沃森和克里克手上。这就使得他们两人对DNA的了解在两年来首次超过了富兰克林。比赛速度一下子加快了,而富兰克林对此却一无所知。
1953年2月28日,在离卡文迪什实验室不远处的“老鹰”(The Eagle)酒吧里,剑桥大学的一些教师和学生正在各自品尝美酒的时候,忽然弗朗西斯·克里克兴致勃勃地闯进酒吧,对酒吧里的几位常客大声嚷道:
我和沃森已经找到生命的秘密了!
剑桥大学里卡文迪什实验室不远处的“老鹰”酒吧
在场的熟人都知道他在嚷什么,因为在过去的两年里他们两人不分昼夜地想找到DNA结构,而且多次嚷着他们“发现了”,但又多次沮丧地埋怨他们高兴得过早,总是有一些没有想到的鬼地方出了错。开始大家也不怎么在意,认为要不了几天他们又会灰头土脸地喝闷酒。但是人们哪里会想到,这回他们可真是解开了DNA结构的谜团!
回想这次他们的成功,有一系列有趣的故事,少了这些故事中的任一个环节,DNA结构的发现恐怕就会是另一种版本。我们从1952年底的故事讲起。
1952年12月,沃森和克里克得到了一个“可怕的坏消息”,美国著名的化学家鲍林(1901—1994,1954年获得诺贝尔化学奖,1962年获得诺贝尔和平奖)给在剑桥大学读研究生的儿子彼得·鲍林写了一封信,信中说他很快要发表一篇关于DNA结构的论文。一个月后,彼得收到了父亲的论文。为什么说是“可怕的坏消息”呢?这是因为在研究DNA结构的竞争中,鲍林被沃森和克里克视为最强大的对手,而且很可能会败在他的手下。现在听到他有关DNA结构的新文章要发表,他们两人哪有不着急的道理?如果鲍林真有了突破性发现,他们两人两年多的研究岂不全都泡汤白费了?这当然是“可怕的坏消息”啊!彼得收到信以后,走进沃森和克里克的办公室。接下来的事情沃森写道:
彼得进门时,脸上流露出有要事相告的神色,于是我的心一沉,心想他会告诉我们说一切都结束了。……没等弗朗西斯提出要看看文章,我就抢先从彼得的外衣口袋里把它抽了出来,开始翻阅起来。……
我很快感到有些事不对头。不过直到我仔细研究了示意图之前,我并不知道错在哪里。后来我认识到……从某种意义上来说,在鲍林的模型中的核酸居然不是一种酸。
“老鹰”酒吧门前的历史介绍牌子,上面有DNA发现的叙述
但是任何一位生物学家和化学家都知道,DNA当然是一种酸。这位世界上最伟大的化学家居然犯了一个如此低级的错误,真让人不可思议!刻薄的沃森当然不会放过嘲弄鲍林的好机会,他写道:
我松了一口气,我知道竞争还在继续;然而我们都不知道鲍林为什么会犯这么一个错误。如果是一个学生犯了同样的错误,人们肯定会认为他根本不配在加州理工学院化学系学习。
但沃森和克里克仍然心情紧张,因为鲍林的论文预定在3月发表,他一定会很快发现错误;如果他一旦发现错误再回过头全力研究DNA,那结果仍然不容乐观。到3月底,他们只剩下六个星期了。沃森觉得有必要提醒一下威尔金斯,他去了国王学院。威尔金斯有点事,于是沃森决定先到富兰克林那儿谈一谈。当沃森把鲍林的手稿给富兰克林看时,她一眼就看出它是错的,它是基于五年前的DNA照片,那时她还没有发现DNA的两种不同形态。
沃森和她为了一些问题争论起来,沃森气恼地暗示:她没有能力来分析和解释X射线照片。当富兰克林向他走来时,他突然“害怕起来,怕她一怒之下会打我”。熟悉富兰克林的人都相信她当时可能很恼火,但他们都觉得沃森的描绘只是一种夸张的戏剧表现手法,根本不可能是事实。沃森当年25岁,身高6英尺多;富兰克林已经32岁,身高5英尺6英寸。富兰克林敢动手攻击沃森?更何况在君子之国的英国,尤其是在剑桥,一个女性科学家会动手打一个男性科学家?天方夜谭吧!
沃森从富兰克林的实验室匆匆忙忙走出来,在大厅里却正碰上了威尔金斯。威尔金斯满怀同情地把他带到旁边一间屋子,抓起一张富兰克林拍的精美的B态十字形照片。在没有经过富兰克林允许也没有告知的情况下,威尔金斯将照片指给沃森看,还抱怨说:
看看,这就是螺旋结构,可这个该死的女人就是看不见。
就在沃森看到照片的那一刻,他不由得张大嘴巴,心跳疯狂加速。沃森写道:
我一看照片,立刻目瞪口呆,心跳也加快了。无疑,这种图像比以前得到的(A态)要简单得多。而且,照片上的那种醒目的交叉黑色反射线条说明DNA只能是螺旋结构。……只要略微看一下“B态”照片,就能发现不少重要的螺旋参数。可以想象,只要简单计算一下,就能确定分子内多核苷酸链的数目了。
威尔金斯后来埋怨自己说:
要是没有我们这里的资料,他们是不可能建立他们正确的模型的。他们看到了——我要责备我自己,我太天真了——他们就此前进并且超过了我们。……我们被人家抢了先,我没有考虑清楚。
1992年,沃森为自己辩护说:
我并没有负罪感。这照片是很老的照片了。我相信如果照片是两个星期前才得到的结果,那威尔金斯是绝对不会拿给我看的。
随着竞争的加剧,布拉格爵士也解除了在剑桥大学研究DNA的禁令。如果美国人鲍林在DNA方面也进行了一些研究工作的话,那么剑桥大学因为这样加入了这场竞争就合情合理,不会有愧于国王学院。于是,沃森和克里克开始勤奋工作。沃森把从朋友和同事们那里得到的各种信息联系起来,构建起他们的数据资料。这情形就好像他们只是一支多学科的研究队伍中的一部分。
沃森和克里克从富兰克林那儿得到第二份重要的资料,那是一份内部报告。在这份报告中,富兰克林总结了她在1951年11月的讨论会发言中的数据,就是沃森记错的那次讨论会发言。她的报告在12月被分发给了评审委员会的成员。剑桥大学一个研究组的主管,年青的结晶学家马克斯·佩鲁兹(1914—2002,1962年获得诺贝尔化学奖),在1953年2月初将这份报告给了沃森和克里克。无论这份报告是否需要保密,一般的礼貌的做法是要先征得富兰克林的同意,才能将她的实验数据传给别人。后来佩鲁茨抱歉地说:
我后来意识到,出于礼节,我应该先征得兰德尔的允许才能将数据给沃森和克里克看。1953年我还非常缺乏经验,对行政事务很随意,而且这份报告也不是保密性的,所以觉得没有什么理由不能给人看。
正是在这份报告的帮助下,克里克和沃森总算弄清了富兰克林在1951年11月讨论会上所说的准确数据。他们知道了纤维中水的含量,以及磷酸醣位于螺旋的外侧。然而,更为重要的是,克里克通过阅读富兰克林的报告,发现了富兰克林和沃森都不知道的事情。富兰克林所记录下的数据与马的血红蛋白结晶体的非常相似,克里克在博士论文期间正好研究过这个。多亏克里克多年来受的传统结晶学的训练,以及这个数据的相似性,克里克意识到DNA分子外侧的链,应该一条朝下一条朝上。这样,当分子被上下颠倒时,它才会看上去和原来一样。而这时富兰克林仍然在A态和B态间来回折腾,极力想发现这一点。就在这个节骨眼上,沃森和克里克最终取得了比富兰克林更多的数据结果,他们已经知道DNA结构四个要点中的前三个要点了,比富兰克林占了更大的优势。
就在同一星期,富兰克林也将她美丽的B态照片从抽屉里取了出来。2月10日,她开始对照片进行分析,并建造模型,使她的数学计算结果能形象化。首先她描好了A态的图形,也几乎发现了克里克所发现的内容:分子外侧的两条链分别上下延伸。在她的实验记录本上,她将A态画成“S”形:一条链向下,一条链向上。克鲁格分析说,在这个时候,她还没有将A形态看成是螺旋形,虽然弯曲的“S”形实际上就是个螺旋结构。
后来富兰克林自己也私下说:
我怎么就没看到(螺旋结构)呢?我真该踢自己两脚。
沃森和克里克的双螺旋模型
但是,富兰克林还没有被淘汰出局。事实上,就DNA最重要的概念而言,两个小组基本上还在同一水平线上,无论是富兰克林还是沃森和克里克,都还没有发现第四个要点,即碱基成对。螺旋结构的确颇具视觉美感,但从生物学上讲,碱基成对才是DNA最关键的部分。它包含了向下一代传递个体特征的密码。
据克里克的回忆,是他在2月27日这一天提出了碱基配对的想法,但沃森的书中声称是他在第二天想到了这一点,而不是任何其他人。沃森从生物化学家埃尔文·夏格夫发现的资料中认识到,一对对的碱基构成了螺旋结构内部的台阶。建造的模型也显示,每级台阶包含特定的一对碱基:腺嘌呤(A)对胸腺嘧啶(T),鸟嘌呤(G)对胞核嘧啶(C)。
沃森和克里克怀着胜利的喜悦,向同事和朋友们展示着他们的模型,或者写信报告他们的发现。令人奇怪的是,他们没有告诉富兰克林或是威尔金斯,尽管是富兰克林的数据资料帮助了他们。
2月里,富兰克林一直在研究B形态照片。她终于突破了阻碍了她整整9个月的壁垒。2月23日,她已经确切知道了B态为螺旋形,而且这个螺旋结构是由两条而不是三条链组成。她发现了DNA四个核心要点中的两点,但是她尚未认识到另外的两个概念:一边上一边下的双链结构和碱基配对。尽管如此,在3月初的时候,她和戈斯林写了一篇文章,总结了他们从美丽的B态照片上所发现的结果。
DNA双螺旋结构示意图
1953年3月17日,富兰克林刚刚将文章打印成稿。第二天,《自然》杂志的一位编辑打来电话说,沃森和克里克在3月6日提交的文章中,已经解决了关于DNA结构的问题。编辑建议富兰克林也许愿意写点文章佐证沃森和克里克的观点。富兰克林匆匆将自己的稿子稍作修改,以支持沃森和克里克的假设。沃森和克里克赢得了这场比赛,而富兰克林甚至还不知道他们是何时加入的。
《自然》杂志迅速将沃森和克里克的文章付印,速度之快超过以往发表的任何文章。文章不足千字,仅仅一面;里面提出了假设,但没有给出证据,没有引用任何权威的文献,没有任何历史记录,也没有对那些为它奠基的科学家致谢。沃森和克里克本应该与富兰克林联名发表他们的理论,但他们没有,他们只是感谢了物理化学家杰瑞·多诺霍的“一直以来的建议和批评”。在倒数第二句,他们含糊地补充了一句:
沃森和克里克在欣赏他们建造的DNA模型
我们也从威尔金斯博士、富兰克林博士,以及他们在伦敦国王学院的同事们所没有发表的实验结果和思路中,受到了一般性启发。
“一般性启发”!?天哪,这两位是不是太缺乏君子的风度了?他们至少应该主动把富兰克林作为自己成功的合作伙伴。但是他们鬼迷心窍地不愿意这样,但是又为自己的行为感到不安,于是来一个欲盖弥彰的手法——“一般性启发”。
生命最后的日子
后来,罗莎琳离开了国王学院。1956年,富兰克林多次在伦敦、马德里、新英格兰及纽黑文的学术会议上报告自己的研究成果,还先后访问了伯克利、洛杉矶、帕萨迪纳、圣路易斯和纽黑文的许多实验室。在伯克利时,她与文德尔·斯坦利(1904—1971,1946年获得诺贝尔化学奖)一起工作了一个月。有一次实验室搞野餐,她却找不到人开车带她去。原来沃森的关于喜怒无常的女学者“罗西”的故事早已先她而至。实验室的年轻人唯恐惹恼了她,早早溜之大吉,免得开车带她。斯坦利只好亲自开车带她去。野餐的时候,学生们发现富兰克林实际上非常活跃,而且很风趣,他们很快改变了对她的看法。那个夏天晚些时候,富兰克林又与其他一些美国人一同攀登落基山脉,她同样对他们非常友好。
1956年,罗莎琳·富兰克林在马德里开会(左二是克里克,右三是罗莎琳)
夏天,还在美国的时候,好几次剧烈的疼痛使她不得不去一位美国医生那里看病。诊断结果是卵巢癌,这位美国医生建议她回国后立即找专科大夫。接下来的两年里,富兰克林动了三次手术,还接受了一些试验性的化学疗法。她拒绝同亲戚朋友谈论她的病情。只有最亲密的家人和实验室同事知道这件事。
第一次治疗后,她的病情进入了10个月的消退期,她依旧打网球、爬山、看戏和工作。有一段时间,她与克里克夫妇待在一起,康复得很好;他们不知道她为什么动手术,病得怎么样。她倒觉得与不知情的朋友们在一起还轻松些。克里克建议她和她的研究小组到剑桥大学的分子生物学实验室来工作。她担心自己会变成学生时代就厌恶的那种老处女教授,尽管如此,她还是决定带着她的小组来到剑桥大学。
富兰克林在生命的最后一年里,变得温和、平易近人了。她知道自己日子不多了,便一直研究脊髓灰质炎病毒晶体,直到去世前的几个星期,将所有的数据整理得井井有条。她为父母四十年结婚纪念日举行了一场晚宴之后,最后一次住进了医院。在她的病床边,放着来自委内瑞拉实验室的邀请信,他们请她到卡拉卡斯访问一年。
1958年4月16日,就在她的论文如期在法拉第学会宣读的几分钟后,罗莎琳·富兰克林与世长辞,年仅38岁。她对20世纪最重要的一项发现作出了至关重要的贡献;她在其他两个重要生物学问题上的工作,以及为解决这些问题创造出来的技术,都奠定了结构分子生物学的基础。
就在这年夏天,她的病毒模型在布鲁塞尔世界博览会上向4200万观众展出。
都是《双螺旋》惹的祸
1962年,也就是富兰克林去世4年之后,诺贝尔生理学/医学奖颁发给了克里克、沃森和威尔金斯。非常令人震惊和迷惘的是,这三位获奖者的诺贝尔奖演讲词中,总共引述了100多篇文章,里面却没有一篇是富兰克林的。只有威尔金斯在他的致谢中提到了她:
我已故的同事罗莎琳·富兰克林,具有异乎寻常的进行X射线衍射研究的能力和经验,并对DNA初期研究工作给予那么多的帮助。
沃森在演讲结束时感谢了11位学生和同仁,连提都不提起富兰克林,克里克同样没有提到她。
如果富兰克林还活着,她会不会获得诺贝尔奖呢?大多数科学家觉得她应该可以获得。但是诺贝尔奖只颁给在世的科学家,而且最多只能有三位科学家分享。评审委员会能够了解到她所作的贡献吗?国王学院的每个人都知道她所做的一切,克里克也知道。卡文迪什实验室主任布拉格深知她所发表的文章的重要作用,也正是因为这样,他才坚持认为,应该由威尔金斯代表的国王学院来分享诺贝尔奖。进一步讲,诺贝尔奖评委会在研究了四位科学家的论文后,就应该发现富兰克林的论文包含了最为坚实的数据。如果她在世,她应该能分享这份颁发给20世纪最伟大科学成就的诺贝尔奖。
沃森在获诺贝尔奖6年后,写了一本《双螺旋——发现DNA结构的个人经历》,谈笑风生地描述了他研究DNA的经历。在书中他细述了每个人的性格缺点和特质,从开篇第一句(“我从未见过克里克什么时候谦虚过”)到针对布拉格爵士的句子(“我私下猜想,白胡子布拉格现在应该在伦敦那些雅典神庙般的俱乐部里消磨着自己的大部分光阴吧”),都带有一些玩世不恭的味道。这份书稿引起轩然大波。随着书稿的流传,书中的人物纷纷抗议对他们的描述,为了缓和大家的意见,沃森修改了他的部分描绘,但是富兰克林的除外——她死了,不会争辩。
在沃森的书里,富兰克林扮演的是“罗西”这个角色,一个邪恶的后妈。她是沃森的核心对头,一个典型的、一步步实施阴谋的老女人。沃森不仅诋毁她的性格,还攻击她的科研能力,说她明确地“否定螺旋”,并且反对制造模型。所幸的是,沃森总算描述了他和克里克如何从佩鲁茨无意泄露的报告中获得了富兰克林的数据资料,以及她的DNA的X射线衍射照片。
沃森写的《双螺旋——发现DNA结构的个人经历》一书的中译本封面
在富兰克林的朋友们的抗议下,沃森在书的结尾处加了一段结束语:
因为我后来在美国教书,所以不像弗朗西斯可以经常见到她……我们之间过去不愉快的争执早已忘得一干二净。我和弗朗西斯都非常赞赏她正直和宽宏的品格,我们只是在很多年之后才逐渐理解这位才女为得到科学界的承认所进行的抗争,科学界经常认为女人不能进行认真的思考。她在意识到自己的生命垂危时,并没有叹息和抱怨,她直到去世前几个星期,仍在继续从事着高水平的工作,罗莎琳的这种勇敢的精神和高贵的品质是非常突出的。
但是他没有更改他在书中对她的描绘。他戏剧性地刻画了一个固有的形象,一个为了科学而摈弃了自己女性特点的女人。这样可以让他的书更富可读性,更有趣。
有些科学家赞赏他这种对科学研究的轻松愉快的表现手法,有些则表示愤慨。安妮·萨尔抗议说:
他毫不负责地败坏了富兰克林的为人。
法国生理学家安德瑞·勒沃夫(1902—1994,1965年获得诺贝尔生理学/医学奖)对沃森不屑一顾,认为他情感发育迟缓:
他对富兰克林的描绘是残忍的……沃森和克里克所有工作都是以罗莎琳·富兰克林的X射线照片为起点的,他们也剥削了罗莎琳的成果。这些事实至少应该让他宽容一点吧!
美国分子生物学家罗伯特·辛西默(1920— )批评说,这本书“在思想上不可想象地卑鄙,像一个缺乏安全感的孩子所具有的那种扭曲和残忍的感受”。
美国生理学家芭芭拉·麦克林托克(1902—1992,1983年获得诺贝尔生理学/医学奖)的看法是:
这是一本相当相当卑鄙的书。
意大利生物学家丽塔·蒙塔尔奇尼(1909— ,1986年获得诺贝尔生理学/医学奖)也说沃森是个不错的作家,但是狂妄自大,还是个著名的反女权主义者。大卫·萨尔相信沃森的书为“严重的攫取荣誉的行为”粉饰,降低了科学研究的道德基调。为了恢复富兰克林的科学名誉,克鲁格于1968年和1974年分别在《自然》杂志上发表两篇文章,整理了她在DNA研究中所作的贡献。
这场争议持续到今天。1989年,传记作者安东尼·瑟拉芬尼在鲍林的传记中说:
要在道德和不道德的行为之间画一条线是很困难的。当然有时候情况很明朗,就比如沃森在众所周知的DNA比赛中,利用了罗莎琳·富兰克林的数据结果,却从未提及她的名字以表示谢意……如果沃森和克里克没有偷取她的数据,他们当然拿不到诺贝尔奖。
尽管面对这样的指责,沃森在1992年初仍然声称,如果他今天重写《双螺旋——发现DNA结构的个人经历》这本书,他还会同样地写“因为事实就是这样发现的,我实话实说。可一个人一说实话,他往往就有麻烦了”。
克里克的态度后来有了转变,在1993年纪念DNA双螺旋结构发现三十周年时,他坦诚地说:
首先,我要说的最重要的一点是,我应该提醒诸位,罗莎琳·富兰克林在DNA揭秘中的贡献在这次纪念会议上未被予以足够的肯定和重视。正是罗莎琳累死累活地测定出DNA的密度,测定出它在细胞内的准确的三维结构,以及A态的对称性,而且她得出的证据强有力地表明DNA有两条链(而不是一条链),并且以相反的方向行走。
倒是布拉格爵士很有英国人的绅士风度,虽然沃森在《双螺旋——发现DNA结构的个人经历》一书中对他不敬,他仍然为这本书写了一个序,在序中他写道:
我很高兴沃森邀请我写序。……这本书还涉及许多个人,我们必须以一种宽容的心态阅读这本书。人们必须记住,他的书不是一部历史,而是对历史有贡献的自传。有一天会出现有关的历史。
在短期内,沃森的《双螺旋——发现DNA结构的个人经历》会加强沃森作为一名鲁莽而聪明的年轻科学家的名声;但从长远看,它或许包含着一枚定时炸弹。他承认自己在富兰克林不知情的情况下使用了她的数据,这不仅抹杀了他自己的杰出成就,也包括克里克的。而他对于富兰克林的性格和科研成就的丑化的描绘,反使她成为女权主义者和女科学家心目中殉难的英雄。故事最离奇的部分也许在于:沃森本人将富兰克林的贡献公之于众——他给自己的成就蒙上阴影,让阳光洒向她的成就。
雕像和纪念楼
1992年1月,英国文化遗产学会在伦敦附近的肯辛顿(Kensington)路德累顿(Drayton)公园多萝畈(Donovan)小巷22号富兰克林的公寓外,放了一个具有历史意义的标志牌。上面刻的是:
罗莎琳·富兰克林,1920—1958,DNA及其他分子结构学研究的先驱。1951—1958期间居住于此。
国王学院把富兰克林工作过的楼房命名为“富兰克林-威尔金斯楼”,以纪念她和威尔金斯的贡献。
在她读过书的纽海姆学院门前树立起富兰克林的一座雕像。
富兰克林终于得到人们的承认!
我们也许记得,歌德在他的《浮士德》中曾经吟道:
不可思议的,在此地完成。
永恒的女性,引我们上升!
罗莎琳·富兰克林的雕像,树立在纽海姆学院门前
【注释】
[1]安娜·萨尔在富兰克林去世以后为富兰克林写了一本传记:《罗莎琳·富兰克林和DNA》(Rosalind Franklin and DNA,New York:Norton,1975)。
[2]此书有生活·读书·新知三联书店的中译本,田铭译,2001年。
[3]沃森在他的书中总是称罗莎琳为罗西,请读者注意。
免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。