“我一看照片,立刻目瞪口呆,心跳也加速了。”因发现DNA双螺旋结构而获得诺贝尔奖的詹姆斯·沃森(James Watson),在回忆录《双螺旋》里这样描述自己看到“51号照片”时的反应。

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这张照片显示的是DNA晶体的X射线衍射结果,上方清晰可见的“X”形图案。它后来被称为科学史上最著名的照片之一。但拍下它的不是沃森,而是伦敦国王学院的罗莎琳德·富兰克林(Rosalind Franklin)和她的博士生。

按照沃森书里的说法,富兰克林等人始终没能意识到自己掌握着多么重要的证据。这个说法流传了几十年,而富兰克林本人没有机会辩解——1958年,她因卵巢癌去世,年仅37岁。

近70年后,一项新的科学史研究提出了不同的看法。几周前,《生物学史杂志》(Journal of the History of Biology)发表的研究,重新审视了富兰克林留下的原始实验记录、衍射照片,以及当年使用的实验设备。研究发现:她不是不知道这份证据的价值,恰恰相反,她正是因为意识到DNA具有螺旋结构,才特地拍下了这张照片。

要理解这件事,得先回到上世纪50年代。当时科学家已经知道DNA是遗传信息的载体,但遗传信息如何储存、复制、代代相传,仍是未解之谜。要回答这个问题,必须先弄清楚DNA的三维结构。全球多支团队展开激烈竞赛:沃森和弗朗西斯·克里克(Francis Crick)尝试搭建分子模型;富兰克林的团队则用X射线衍射技术探索DNA分子的内部结构。

这套方法说起来不复杂:制备少量DNA样品,精确固定在微型相机内部,严格控制样品周围的湿度;一束X射线照射到样品上发生衍射,胶片要经过长达数天的“曝光”,才能记录下衍射图案。在有经验的人眼里,这些图案能揭示DNA结构的奥秘。

研究早期,富兰克林发现DNA会随含水量不同呈现两种结构:一种水合程度较低,结晶程度更高,更容易获得样本;另一种水合程度更高,能更好还原水分子与DNA分子之间的相互作用。她计划两头并进,弄清两者各自的特征,以及DNA在什么条件下从一种结构转变为另一种。

关键其实在“49号照片”

1952年5月,她先拍到了一张重要照片——“49号照片”,而不是后来举世闻名的“51号”。外行看,这张照片似乎没什么特别:深色中心周围分布着模糊的亮点和弧线,图案还因相机支架的设置问题缺了一小块。但对富兰克林来说,这些信息已经足够。

根据她的实验记录,1952年5月2日,也就是49号照片曝光完成的当天,她便做了详细分析:把衍射图案投影到一块白色硬纸板上,放大后测量,用好几页笔记计算出了DNA分子的结构参数。她发现,沿DNA分子轴向,每隔约34埃(Å,1埃等于0.1纳米),结构就会重复一次——这表明DNA可能具有螺旋结构。结合相邻碱基层之间约3.4埃的间距计算,一个完整的螺旋应该恰好包含10层碱基。

这些关键参数,后来也被纳入了沃森和克里克的双螺旋模型。

那她为什么还要重拍?因为“49号照片”部分衍射图案被遮挡,虽然足以分析、也得到了关键数据,却不够完美,不足以公开发表。于是她选择用同样的样本、同样的条件重新拍摄。在又一次长达四天的曝光后,“51号照片”诞生了。

而在拍摄之前,富兰克林就明确写下了这次实验的目的:通过更准确地调整胶片位置,获得一张更居中、能够完整显示两条3.4埃特征弧线的衍射照片。

沉默不是无知

大多数实验中,富兰克林遵循一套固定记录方式:先写下初始条件,随后留出空白,等胶片冲洗完成后再补充记录结果和观察。但“51号照片”拍完后,她几乎没有在预留的空白处记录任何观察结果。几十年来,这种反常的沉默仿佛佐证了一个既定观点:她从未认识到51号照片的重要性。

今年这项新研究的作者——科学史学家阿利斯泰尔·斯庞塞尔(Alistair Sponsel)与伦敦国王学院的X射线晶体学家布赖恩·萨顿(Brian Sutton)——提出了完全不同的解释。他们查阅伦敦、剑桥和费城多地的档案资料,仔细研究富兰克林的实验笔记、原始底片、照片冲印件,以及当年使用的X射线相机,重建了两张照片的拍摄过程,随后指出:她没有进一步记录,是因为没有这个必要。早在“49号照片”拍摄后,相关工作就已完成。

和“49号照片”相比,“51号照片”只存在额外的审美价值。在科学性上,它并没有提供更多重要信息。

谁有科学发现的讲述权?

1953年4月,沃森和克里克在《自然》(Nature)杂志上首次提出DNA双螺旋结构模型。同一期杂志上,富兰克林和博士生雷蒙德·戈斯林(Raymond Gosling)也发表了实验成果,其中就包括“51号照片”。与此同时,未经富兰克林允许就将照片分享给沃森观看的莫里斯·威尔金斯(Maurice Wilkins)及其同事的另一篇论文也一同刊出。这三篇论文后来都成为分子生物学的里程碑。

九年后,沃森、克里克和威尔金斯共同获得诺贝尔生理学或医学奖。而四年前就已去世的富兰克林,未能出现在获奖者名单中。

这项新研究并没有否定沃森和克里克的科学成就。他们构建的模型不仅解释了DNA的整体空间结构,还揭示了碱基互补配对的机制,这些成果超越了富兰克林通过X射线衍射实验所获得的认识。但它让我们对富兰克林的贡献有了新的理解:她不是一名仅仅为他人提供实验数据的科学家,而是凭借自身的科学素养和精心设计的实验,获得了关于DNA结构的关键参数。正是基于这些信息,其他研究者才得以构建出DNA的分子模型。

由此或许可以引申出一个更重要的问题:一个并不准确的科学故事,究竟是如何形成,并在此后几十年间不断流传的?

一切始于沃森出版的《双螺旋》。书中,他将富兰克林描绘成一位实验技术出色、但科学理解能力有所欠缺的研究者,以此暗示她未能理解“51号照片”揭示的重要信息。由于富兰克林当时已经去世,她再也没有机会公开反驳沃森笔下的形象。此后,科学史研究者曾尝试还原她当年的研究思路,但“51号照片”对应的实验笔记缺少详细后续分析,这给历史研究带来了困难。久而久之,这张照片不仅象征着科学史上一个关键的发现时刻,也成为富兰克林所谓“错失重大科学发现”的象征。

斯庞塞尔和萨顿的发现,算是为富兰克林正了名,也再次证明了实验记录的重要性。

类似的经历在科学史上反复出现:女性科学家常常做出重要观察、完成关键实验,或是提出新的科学见解,但她们的贡献最终却主要通过男性同行的讲述,才被后人所认识。在这些讲述中,她们的贡献有时被直接忽视,有时实验技术得到认可,科学判断和独立思考能力却遭受低估。还有一些时候,具有影响力的历史叙事,直到当事人再也无法为自己发声时才出现。

富兰克林没能获得亲自讲述自己故事的机会。但70多年后,她留下的实验笔记,终于开始替她讲述那段历史。