51相冊(51相冊的照片還能找回嗎)

編者按：中科院之聲不定期手繪一張“科學(xué)史小畫”，為大家介紹一段科學(xué)史和其背后的故事。

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)堪稱現(xiàn)代生物學(xué)史上一項劃時代的成就。沃森和克里克發(fā)現(xiàn)“雙螺旋”的故事可謂人盡皆知。但是，你知道嗎她所拍攝的DNA晶體衍射圖片——“照片51號”是解密DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵線索。此物質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，為沃森、克里克得出DNA結(jié)構(gòu)起到了決定性作用。而照片的拍攝者就是英國物理化學(xué)家羅莎琳德·富蘭克林。

1920年7月25日，富蘭克林出生于英國倫敦，少年和青年時均受到良好教育的她，從小就有志于自然科學(xué)。由于富蘭克林生活在一個自由且能充分表達個人觀點的家庭環(huán)境中，這為她在以后科學(xué)研究中的獨立思考奠定了好的基礎(chǔ)。1938年，她以優(yōu)異的成績進入劍橋大學(xué)，開始更加深入全面地學(xué)習(xí)自然科學(xué)方面的知識。在劍橋大學(xué)學(xué)習(xí)期間，她在自然科學(xué)理論上打下了堅實的基礎(chǔ)。1947年，富蘭克林進入法國巴黎國家藥物局中心實驗室，開始了她的X射線衍射技術(shù)的科學(xué)研究生涯。1950年她被聘為英國國王學(xué)院研究員，加入到用X射線衍射技術(shù)進行DNA結(jié)構(gòu)的研究中。富蘭克林利用豐富的經(jīng)驗和實驗技術(shù)，于1952年5月拍攝了高清晰度的DNA(B型)X射線衍射圖譜，并對所得到的照片和數(shù)據(jù)進行了科學(xué)的分析。由此初步得出判定，B型DNA應(yīng)該是一種螺旋型結(jié)構(gòu)，并且按照布拉格公式計算出了DNA分子平均直徑和相臨核苷酸之間的間距等基本數(shù)據(jù)。此外DNA非常容易吸水和脫水，而水分子主要被吸引在DNA鏈中的磷酸基周圍，富蘭克林根據(jù)這些特征，運用帕特生函數(shù)分析中的堆積法，推測磷酸基團應(yīng)該位于DNA鏈外面，而堿基則位于鏈的內(nèi)部。可以說，這為最終闡明DNA的結(jié)構(gòu)邁出了至關(guān)重要的一步。

這張被稱作“照片51號”的DNA圖譜，被貝爾納形容為：“幾乎是有史以來最美的一張X射線照片。”但是富蘭克林當時并未發(fā)表研究成果，而且由于A型DNA結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)仍不足以支持螺旋型，因此她繼續(xù)將研究焦點放在了A型DNA上。

1953年1月，實驗室的同事威爾金斯將照片51號拿給沃森過目，這使得沃森與克里克重啟了對DNA結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)。《自然》期刊于1953年4月25日同時發(fā)表了三篇論文，順序是以沃森與克里克為先，再來是威爾金斯等人，最后是富蘭克林。沃森與克里克在論文中提及他們是受到威爾金斯與富蘭克林等人的啟發(fā)，但當時并未詳細說明。后來沃森與克里克皆坦承，富蘭克林的研究結(jié)果是建構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)的必要線索。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)是生物學(xué)的一座里程碑，是分子生物學(xué)時代的開端，而富蘭克林的貢獻是毋庸置疑的。