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g0351鐵桿木蟲 (知名作家)
浪花社社長
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羅莎琳?富蘭克林--發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結構的功臣 已有3人參與
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一顆被埋沒的珍珠 ——紀念羅莎琳?富蘭克林* 羅洪 羅靜初 ( 北京大學生命科學學院北京大學生物信息中心, 北京100871) 1953 年4 月25 日, 英國自然雜志發(fā)表了沃森和克里克的著名文章《 核酸的分子結構》，提出了DNA 分子雙螺旋結構模型。這是現(xiàn)代遺傳學乃至整個生命科學發(fā)展歷程中最重要的里程碑之一，而他們也因此與莫里斯.威爾金斯分享了1962 年度諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。也許很少有人知道，在20世紀50年代初期探索DNA 分子結構的競賽中，沃森和克里克曾經(jīng)落在一位女科學家的后面。她就是著名的英國生物化學和生物物理學家羅莎琳?富蘭克林�？梢哉f，沒有羅莎琳的重要貢獻，DNA 結構的揭示很可能會推遲幾年。不幸的是，這位略帶傳奇色彩的女性英年早逝，她的貢獻也隨之被淡忘。今天，在紀念DNA雙螺旋結構模型發(fā)現(xiàn)50周年之際，緬懷這位曾經(jīng)為DNA分子結構的發(fā)現(xiàn)作出了巨大貢獻的女科學家，也許可以得到一些啟示。 1920 年7月25日，羅莎琳生于倫敦的一個猶太家庭。他的父親是銀行家，母親也受過高等教育。童年的羅莎琳顯示出一種與眾不同的氣質(zhì)。作為家中最大的女孩，她的興趣不在女孩們喜歡的洋娃娃身上， 而是更愿意在家中的手工作坊里干些技術活。父母都希望她長大以后獻身慈善事業(yè)，但她卻對研究自然科學更有興趣，為此也常常和父母產(chǎn)生矛盾。盡管童年時一帆風順，羅莎琳并沒有因此成為一個嬌生慣養(yǎng)的富家千金，這可能要歸功于父母對她的良好教育。從圣保羅女子學校畢業(yè)后，羅莎琳進入劍橋大學紐漢姆女子學院攻讀物理和化學。 1941 年，羅莎琳從劍橋畢業(yè)后得到一筆獎學金從事氣相制版技術的研究。當時正值二戰(zhàn)，她覺得應該為反法西斯戰(zhàn)爭做點貢獻，于是將自己的研究目標鎖定在碳元素上。她花了一年時間，對煤的燃燒特性以及碳元素轉(zhuǎn)化為石墨的機理進行了比較深入的研究。1942 年，她又到英國煤炭應用研究協(xié)會從事碳纖維研究。在不到5 年的時間里，羅莎琳發(fā)表了5篇論文，對高強度碳纖維的發(fā)現(xiàn)和利用以及核反應堆的關鍵部件石墨棒的發(fā)明具有很大價值。1947 年，她到法國國家化學實驗室學習剛剛推廣應用的X 射線晶體衍射技術，并利用這一技術繼續(xù)對于碳元素的研究。在著名晶體學家雅克的指導下，憑借自己的努力和良好的學術背景，也許還包括女性特有的細致和耐心，羅莎琳很快就成了晶體衍射方面的專家。 1951年，倫敦大學國王學院的約翰?伯納爾邀請羅莎琳到他那里工作。他的一位研究生對DNA分子作了初步的X衍射試驗，伯納爾希望一位經(jīng)驗豐富的晶體學家對實驗結果進行深入分析。當時，學科交叉已經(jīng)開始形成，以前被認為是毫不相干的一些領域開始互相影響。1944 年，量子力學奠基人薛定諤在他所著的《生命是什么》一書中提出了他對遺傳物質(zhì)的思考，并鼓勵物理、化學等其他領域的科學家對此進行研究。此書影響了一大批各個領域的科學家，羅莎琳也在其中。她認為探索DNA分子結構的意義重大，必將產(chǎn)生深遠影響。因此，她停止了多年來對碳元素的研究，轉(zhuǎn)而投入到用X 衍射探索DNA分子物理結構的研究。當時，對DNA 分子的研究只有很少的資料可以參考，而且X 衍射實驗過程十分繁瑣枯燥，一次實驗往往要持續(xù)幾個小時，而且很可能因為得到的圖像不清晰而前功盡棄。憑借多年豐富的經(jīng)驗和細致耐心的工作，羅莎琳很快就取得了突破性的進展。她敏銳地認識到，保持一定濕度對于得到清晰的X 衍射圖像有很大幫助。她把實驗樣品DNA分為A 型和B 型兩種，并從B 型分子的衍射圖像得出DNA 分子呈螺旋狀的正確推論。根據(jù)DNA 分子很容易失水， 而且基于水分子很容易攻擊磷酸根的事實，她推測出DNA 分子的磷酸根骨架處于螺旋外側(cè)，而堿基處于螺旋內(nèi)側(cè)。她的這一推論，在認識DNA 分子的結構上是非常大的突破。不久，羅莎琳到劍橋作學術報告，引起了當時正在那里的沃森和克里克的注意。他們兩人長期以來都在做蛋白質(zhì)晶體X 衍射的研究，同時對DNA 分子結構也有濃厚興趣。但是由于沒有得到清晰的X 衍射圖像，他們的研究進展甚微。聽了羅莎琳的報告，并看到了她所展示的DNA 分子X衍射圖像， 沃森和克里克領悟到其中蘊含的學術價值。他們立刻著手對DNA 分子結構進行更深入的研究，并于不久構建出第一個DNA 分子的三維模型。這是一個三螺旋的結構，而且堿基位于螺旋的外側(cè)。羅莎琳和威爾金斯看過他們的模型以后指出，由于他們低估了DNA 的含水量，這個模型實際上是錯誤的。 1952 年, 羅莎琳得到了B 型DNA 分子清晰的X 衍射圖像( DNA Photograph 51)，這是一張具有里程碑意義的圖像，因為它已經(jīng)很清楚地顯示出一種雙螺旋結構。1953年1月，威爾金斯把這張圖片展示給了沃森和克里克。對于看到這張照片時的震驚感，沃森曾在《雙螺旋》一書中這樣描述：“看到這張照片的時候，我興奮得不禁張大了嘴，脈搏也劇烈跳動起來�！庇凶C據(jù)表明，羅莎琳并不知道自己的研究成果已經(jīng)被展示給沃森和克里克了，她仍然在獨立進行自己的研究。 1953年2月24日, 她在自己的研究筆記里記錄了自己對B型DNA 分子三維螺旋結構的構想，這時，她已經(jīng)十分接近打開DNA 結構奧秘的大門了。1953年3月17日，她完成了關于DNA 結構的論文草稿。沃森和克里克在洞悉了DNA 雙螺旋結構的秘密之后，很快便在Nature 上發(fā)表了論文。就在4月25 日這一期上，也同時發(fā)表了威爾金斯的《脫氧戊糖核酸的分子結構》和羅莎琳的《胸腺核苷酸酸鈉鹽的分子構象》兩篇文章，為DNA 雙螺旋結構模型提供了有力的實驗證據(jù)。羅莎琳根據(jù)X 衍射實驗結果，準確地推斷出DNA雙螺旋每10個堿基對為一個周期，距離為34埃 , 螺旋直徑為20埃 。毋庸置疑，沒有這些確鑿的實驗數(shù)據(jù)支持，沃森和克里克的雙螺旋模型也許只是空中樓閣。 有人認為，羅莎琳在國王學院研究DNA結構的2年多里，沒有能和威爾金斯進行有效合作，也許為沃森、克里克的捷足先登創(chuàng)造了機會。但客觀地說，這一過錯主要不在她身上，50 年前英國社會的宗教、種族、婦女地位等因素，在某種程度上產(chǎn)生了無可置疑的影響。 值得高興的是，對于這樣一位貢獻巨大的女科學家，今天已經(jīng)得到了科學界的承認。英國女作家Brenda Maddox 撰寫了關于羅莎琳的傳記，并在Nature 雜志為DNA 雙螺旋結構發(fā)表50周年而發(fā)表的專刊上撰文，對羅莎琳給予很高的評價。羅莎琳不僅在揭開DNA 結構的奧秘中曾經(jīng)是默默無聞的無名英雄，而且在病毒結構的研究中， 發(fā)表了17 篇論文，第一次揭示了煙草花葉病毒的結構。不幸的是， 1958 年4月，羅莎琳被病魔奪去了年僅38 歲的生命。 羅莎琳熱愛生活、熱愛科學，她把自己短暫的一生無私地奉獻給了她所熱愛并為之不懈追求的科學事業(yè)。她在給母親的信中寫道: “ 我們不可能也不應該把科學和日常生活分隔開來。在我看來，科學從某種角度上可對生活給出解釋�？茖W的基礎是事實、經(jīng)驗和實驗，過去如此，將來也必然如此�！� 為表彰羅莎琳的功績，倫敦大學國王學院將一座建筑物命名為“ 富蘭克林－威爾金斯”樓，英國皇家學會設立了羅莎琳?富蘭克林獎，主要獎勵取得重大科學成就的婦女科學家。 對此，英國劍橋南部基因組園區(qū)的人類基因圖譜資源中心將改名為富蘭克林中心。坐落在這一園區(qū)的，還有以兩次獲得諾貝爾獎的英國科學家桑格的名字命名的桑格研究所。 * 有刪減 [ Last edited by g0351 on 2011-7-13 at 20:04 ] |
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2樓2011-07-13 20:24:57
3樓2011-07-13 21:07:18
g0351
鐵桿木蟲 (知名作家)
浪花社社長
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- 專業(yè): 金屬材料的制備科學與跨學
4樓2011-07-13 21:13:00
5樓2011-07-13 21:26:13
cqyz
木蟲 (正式寫手)
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- 專業(yè): 高分子材料結構與性能
我在課上也知道了！ 6樓2011-07-14 09:01:16
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