作者:天吾 来源:中国科学报 发布时间:2014-8-29 8:11:46
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威尔金斯:双螺旋背后的第三人

威尔金斯图片来源:百度图片

 

■天吾

是他的图像启发了另两位科学家,而他的谦虚让其他人和他分享了诺贝尔奖。

1962年,弗朗西斯·克里克、詹姆斯·沃森和莫里斯·威尔金斯被授予诺贝尔生理学或医学奖。虽然授奖词没有直接提到这三位科学家在1953年证明了脱氧核糖核酸(也就是DNA)的双螺旋结构,但业界普遍认为,诺贝尔奖就是因这一发现而颁发给这三位科学家的。

克里克和沃森因1953年首先在《自然》杂志上发表文章、提出DNA的双螺旋结构模型而享誉世界,但相对而言,威尔金斯在这项伟大发现中的贡献却被人们所忽视。特别是和因出版畅销书《双螺旋:发现DNA结构的个人经历》而广为公众所知的沃森相比,威尔金斯更是显得“默默无闻”。他被称作“发现双螺旋结构的第三个人”。

不过,如果没有威尔金斯,或许克里克和沃森也就难以获得DNA双螺旋结构的伟大发现。

1950年,当时在伦敦大学国王学院进行研究的威尔金斯利用刚刚发明的X射线衍射技术清楚地观测到了DNA的结构。这一发现激励和启发了沃森和克里克。之后,两人的成功使DNA的结构被全世界所广泛了解和承认,但他们的研究首先依靠了威尔金斯所取得的成绩。

著名科普作家马特·里德利说:“是威尔金斯最先用X射线得到DNA的图像,是他让克里克和沃森认识了DNA,是他的图像启发了这两位科学家,而他的谦虚让其他人和他分享了诺贝尔奖。”

今年是威尔金斯逝世10周年。借此机会让我们一起来回顾下这位幕后英雄的故事。

1916年出生的威尔金斯从小喜欢做模型。一天,父亲工作的学校校长来访,听说威尔金斯的爱好后,说他应该上剑桥大学,到卡文迪什实验室作研究。虽然威尔金斯从来没有听说过卡文迪什,但他记住了这个名字。他后来还果然上了剑桥,并在第一年就接受卡文迪什实验室副主任马科斯·奥利凡特的指导。而他在那里接触到了X光衍射技术及其权威J·D·贝纳尔,为他以后研究DNA打下了基础。

后来,原本主要从事物理研究的威尔金斯转向了生物学。其中重要的原因在于威尔金斯碰巧读到了欧文·薛定谔的著作《生命是什么》。多年后,威尔金斯回忆说,是薛定谔用物理学的语言描述生命现象,在自己面前展现了“生物物理学”的美妙前景。

在科研过程中,威尔金斯也获得了导师兰德尔的大力支持。他的名声不仅为学生赢得了充裕的研究基金,而且这位导师给研究人员以充分的自由,让他们从事自己感兴趣的研究课题,从而激发了科学家的热情,营造了一种和谐和进取的氛围。

当时,大多数科学家认为,染色体中的DNA与基因有着某种联系,但不是遗传物质本身。化学家已经测出了DNA的组成,有磷酸盐、糖环和氮基。于是,研究其三维结构的重任落到了物理学家的身上。

在一次学术会议上,威尔金斯幸运地得到了纯DNA样品。它干燥时呈细小的针簇状,而一旦遇潮,便变成黏黏糊糊的一团。威尔金斯把受潮的DNA涂在薄片上,再放到显微镜下观察偏振紫外线的吸收情况。不过,这种DNA似乎不太容易保持片状,而往往形成像蜘蛛网中那又长又细的纤维。拿到显微镜下仔细观察,它们又是异乎寻常的均匀和透明。

于是,威尔金斯产生了一种直觉,纤维中的分子的排列一定十分有规律,而且是结晶,可以用X光衍射来研究。要是这种直觉正确的话,X光衍射的图像会相当清晰,提供的有关DNA分子结构的信息也比显微镜多得多。

虽然当时威尔金斯对X光衍射分析知之甚少,但事实证明他的直觉是正确的。当时,实验室仅有的一架普通的X光衍射照相机,只能用来研究比DNA纤维大得多的单晶。于是,威尔金斯带着学生着手改造照相机。他们设法充入氢气以驱除空气,把DNA暴露在潮湿的氢气环境中接受X光。他们还用避孕套做成可伸缩的封口,调节X光管的位置。就这样,威尔金斯获得了更清晰、更详细的DNA衍射照片,第一次显示出DNA确实是结晶状的。

1951年,威尔金斯在意大利的一次学术会议上展示了这张相当清晰的结晶DNA的X光衍射照片,得到了X光衍射专家的肯定。沃森就是在这次会议上与威尔金斯相识,并受到这张X光照片的启蒙。

后来,威尔金斯还将同事富兰克林拍摄的DNA X光衍射照片展示给了沃森和克里克,更使后者获得进一步启发,从而使他们二人首先提出了DNA双螺旋结构。

尽管威尔金斯不像沃森和克里克那样有名,但却得到了科学界的认可和赞誉。国王学院院长里克·特雷纳说,威尔金斯是“20世纪最伟大的科学家之一”。

《中国科学报》 (2014-08-29 第12版 视界)
 
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