科学界的“腐败”：谈谈DNA双螺旋那些事
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有没有感觉科学研究是一件很高大上的事情？尤其是像分子生物学这样前沿的科目。虽然整天面对的是一堆瓶瓶罐罐，但是探究的却是困扰人们多年的科学问题；是不是感觉科学家都是“神”一样圣洁的存在？似乎他们不食人间烟火，在他们面前我们的平时工作显得多么的苍白无力，尤其是在他们又在哪个顶级期刊发表了自己的最新研究成果的时候。其实，这一切只是我们的片面理解，科研也仅仅是众多工作的一种，科学家也是芸芸众生，只不过是我们感兴趣的方向不同而已。我们这次的故事或许会将科学家拽下“神坛”，让我们可以更加全面地了解他们。
一个人的科研能力并不能代表他的优秀品质，就像阎肃老先生说的，一个人的成功需要“四分”--天分、勤奋、缘分和本分，而其中的本分的坚持是最简单的也是最难的。所以即使在如此庄严的科学界也会发生有失本分的事情。当然这在科学界也是极少数的例子。今天我们来挖一挖有关DNA双螺旋结构发现的那些往事。事情的发生要追溯到上个世纪50年代。
罗莎琳德·富兰克林的一生
了解这段历史，我们就不得不提到一个人和她的一生。女主人公罗莎琳德·富兰克林出生于一个犹太的富人家庭，从小受到叔叔的影响，她对科学研究有着一种近乎疯狂的热爱，她视她的科研工作重于生命，这在她的后来科研生涯中体现的极为显著。她的高中在当时以教育著称的伦敦圣保罗女子学校，学校里自由的学习氛围使他能够自主选择自己喜欢的课程，这在当时那个歧视女性的时代里显得弥足珍贵。1941年，富兰克林在剑桥大学纽纳姆学院顺利完成大学学业，但是由于当时的剑桥大学并不授与女性“文学士”，因此富兰克林只拥有一个“名义上的学位”。
罗莎琳德·富兰克林
之后几次辗转，再加之世界第一次世界大战的原因，富兰克林随后展开了对煤炭孔隙结构的研究，这与她以后的研究方向毫不相干。但有时候，命运之神总是会眷顾某些人。就在在国家中央化学实验室研究煤炭的过程里，她系统地学习了当时比较先进的X射线衍射技术，当然在富兰克林的整个生涯里从来也不会缺少努力两个字。这段经历使得富兰克林拥有了独立利用X射线衍射技术研究DNA结构的能力，
《自然》期刊于1953年4月25日同时发表三篇论文，顺序是以沃森与克里克为先，再来是威尔金斯等人，最后是富兰克林，其论文名称是《胸腺核酸的结构》。其实三人最终论文的发表，都与一张图片脱不开干系，这张图片正是富兰克林利用X射线衍射拍摄而来。
photo 51（DNA衍射照片）
1956年夏天，富兰克林在前往美国进行与工作有关的旅行时，察觉了健康问题，并且在同年9月发现腹部有两颗肿瘤。不过富兰克林仍继续她的工作，在这两年间共发表了十多篇论文。1958年，富兰克林返回正常的工作岗位，并前往生物物理研究协会任职。同年4月16日因为卵巢癌逝世于英国伦敦。她得到癌症的原因，与X射线的辐射有很大关系。
诺贝尔奖背后的罪恶
而就在她逝世的五年后，也就是1963年，沃森、克里克和威尔金斯由于发现DNA双螺旋结构荣获诺贝尔生物学或医学奖。但沃森他们所引用的数据并没署上富兰克林的名字，更恶心的是，几乎没怎么接触过罗瑟琳德的沃森，在回忆录《双螺旋》里竟把弗兰克琳塑造成一个性格乖僻、目中无人的女巫形貌，并刻意贬低甚至无视她的贡献”。所以说有时候，学术领域的龌龊和腐败要比政治领域中的更令人愤恨。科学家虽然有时候可能不为金钱所动摇，但是追求名誉的心却与我们普通人一样强烈。
如果我们走进学术圈，我们就会自然而然地发现科研人最注重的是成果的归属问题，因为大家都懂得实验结果的来之不易。沃森等人的行为的确有失科研人的素质。当然，后来沃森与克里克皆坦承富兰克林的研究结果，是建构双螺旋结构的必要线索。克里克在一篇纪念DNA结构发现40周年的文章中说道：“富兰克林的贡献没有受到足够的肯定，她清楚的阐明两种型态的DNA，并且定出A型DNA的密度、大小与对称性。”另外在2003年，国王学院将新大楼命名为罗莎琳德—威尔金斯馆时，沃森在命名演说中说道：“罗莎琳德的贡献是我们能够有这项重大发现的关键。”这个尘封了近半个世纪的冤案终于昭雪，我们可能会为富兰克林的研究贡献被人们重新认识而感到欣慰，可能也会为她的早逝而感到惋惜。但科学有时就是如此无情，规则的无情，科研竞争的无情。
从DNA衍射图到DNA结构
当时我读到这里的时候，除了惋惜、同情和愤恨相互交织在一起的复杂感情外，还有个疑问我们一直没有解开，即如何从一个简单的DNA 的X射线衍射图片就能够洞悉DNA的结构？当然作为一篇科普文，似乎这才是重点。
其实，想要解答这个问题，我们需要深入了解当时的专业背景。当时的有关DNA的认识已经经历了下列阶段：1865年，孟德尔的豌豆杂交实验生物特性是由基因决定的。1871年，米歇尔发现一种高分子量物质，即DNA。现在我们知道基因是在染色体上排列的。但当时由于认为DNA成分过于简单，当时并没有将DNA和基因相互关联，而只是认为DNA是一种普通的物质。直到1905年，摩尔根通过对果蝇的研究才发现所谓的基因是在更大一些的物质--染色体上。即使到了1936年，微生物学家艾弗里还坚持认为DNA并不是遗传物质的理论，这也是当时人们普遍接受的一种观点，就算人们已经知道DNA是构成染色体的一种物质，但人们依然认为它不过是细胞内的一种烦人的蛋白质黏合剂。最终在1944年，艾弗里及其同事通过肺炎双球菌的转化实验，最终证明DNA就是遗传物质。但是此时还有一个问题没有解决，也就是当时人们为什么在知道DNA是染色体的组成成分后却依然认为他不可能遗传物质的原因，因为我们知道，DNA是由磷酸、脱氧核糖和四种碱基构成，但是如此简单的四种碱基排列怎么会承载如此丰富的遗传信息，是当时人们不能想通的。正因为如此，DNA的巧妙结构或许正是这个问题的关键答案。但不仅仅如此，这里还不得不提到薛定谔的《生命是什么》的演讲，他从一个物理学家的角度提出了一个生物学的问题：根据热力学第二定律，熵增将导致生物崩溃，有序变为无序，那为什么基因不会解体？为什么他能完整地代代相传？他给的答案就在于至今还未明了的DNA结构。他的演讲所起到的重要性，并不在于指出了问题的关键，而是激励和鼓舞了一大批献身该领域研究的年轻科学家，其中就包括富兰克林、沃森、克里克、威尔金斯等人。
了解到这里，我们只是知道了研究DNA结构的必要性，而要想解决一开始我们提出的问题，还要解释一下当时一些对于双螺旋结构有铺垫作用的发现。当时战前的英国，有几个晶体学家包括奥斯特伯和贝纳尔等人，而他们所采用的技术即X射线衍射技术。并且当时奥斯特伯正确地推断出平面的碱基是以3.4埃的间距像硬币一样堆叠在一起。在1949年的时候，哥伦比亚大学的查戈夫分析了DNA碱基中的四中碱基的比例，发现嘌呤数总是与嘧啶数相等。这大约就是在富兰克林开始接触DNA结构研究的整个专业背景。
富兰克林通过X射线衍射拍出的photo 51，是解析DNA结构的关键。了解推论的过程，我们就会更加容易理解富兰克林对于DNA结构解密的巨大贡献。下面我们通俗地解释一下当年富兰克林推导DNA结构的过程：
（a）图中 X 形说明DNA结构是螺旋形的；要了解这一点，我们必须要知道照片的拍摄位置，从哪个方向去拍摄所得到的投影是不同的，想象一下，当我们拿一支激光笔向白色墙面垂直照射弹簧，此时，所得到的墙面的投影为一个标准的正弦函数图像。而当我们减小激光笔与弹簧之间的距离时，墙面投影则会缩小为正弦函数的一小部分，而正如我们看到图中的X形其实只是双螺旋结构的一小部分。
（b）图中菱形说明DNA分子是长链；其实这个从空间结构上很容易理解，由于照片的拍摄位置和基本的螺旋结构已经确定，所以图中菱形空白说明了DNA结构并不是圆形或者方形等，而是向两边延伸的长链状。
（c）图中直线的间距是DNA分子一个完整的螺旋的间距 ；在当时人们对于DNA结构还完全没有概念的时候，能够有如此的推论还是很难做到的，但是我们作为后人已经知道结果后，再去看他们的分析就显得容易理解多了。显然，某一方向的光束照射，会在周期性螺旋的在相同螺旋段形成投影，所以图中两直线的间隔其实就是两个重复单元的间距。
分析到这里，加之前期奥斯特伯和贝纳尔碱基堆积的正确推论和查戈夫在一个DNA分子中嘌呤数和嘧啶数总相等的结论，我们就会得到比较完备的DNA结构，也就是沃森克里克提出的DNA构型。
结语：
话题谈到这里，关于DNA结构的整个历程相信你已经基本清楚了。但我不得不再提一点，当时的英国是一个有严格界限的阶级社会，所以女性的地位是很低的，尤其是在科学界。所以也有人说，即使富兰克林没有早逝，或许她也并不能够被授予诺贝尔奖。富兰克林被埋没是那一个时代的悲哀，我们不能仅仅局限在几个人身上。而我们为此除了惋惜，更多的应该是对现今社会的感恩和思考。
