罗莎琳·富兰克林

罗莎琳·爱尔西·富兰克林（英语：Rosalind Elsie Franklin，1920年7月25日－1958年4月16日），是一位英国物理化学家与晶体学家。她所做的研究，专注于DNA、病毒、煤炭与石墨等物质的结构。其中她所拍摄的DNA晶体衍射图片“照片51号”，以及关于此物质的相关数据，是詹姆斯·沃森与佛朗西斯·克里克解出DNA结构的关键线索。此后她也领导了关于烟草花叶病毒与小儿麻痹病毒的研究。1958年，富兰克林因支气管肺炎及卵巢癌逝世。2003年，伦敦国王学院将一栋新大楼命名为“富兰克林—威尔金斯馆”以纪念她与同事莫里斯·威尔金斯的贡献。2019年，欧洲空间局宣布将以她的姓名为该局“火星探测计划”中的漫游车命名。罗莎琳·富兰克林出生于英国伦敦一个富裕的犹太人家庭，她父亲的姑丈赫伯特·山姆（英语：Herbert Samuel, 1st Viscount Samuel）（Herbert Samuel），是前任英国内务大臣与英国驻巴勒斯坦高级专员，也是第一位进入英国内阁的犹太人。另外她的一位阿姨则是女性参政权与工会运动的参与者。罗莎琳·富兰克林的父亲艾里斯·富兰克林（英语：Ellis Arthur Franklin）（Ellis Franklin）是伦敦工人学院（英语：Working Men's College）（Working Men's College）教授电磁学与第一次世界大战历史的教师，并且在后来成为该校校长。艾里斯·富兰克林也曾经协助安置来自纳粹德国的逃难者，并且收养两位孩童。富兰克林在进入大学以前，就读于伦敦圣保罗女子学校（英语：St Paul's Girls' School）（St Paul's Girls' School）。1938年进入剑桥大学纽纳姆学院（Newnham College, Cambridge），后人在笔记上得知她曾经在1939年期间在构思过DNA的化学结构，并且画出一个螺旋型图样。富兰克林在1941年顺利完成大学学业，但是由于当时的剑桥大学并不授与女性“文学士”（BA Cantab.）学位，因此富兰克林只拥有一个“名义上的学位”（decree titular）。1941年到1942年，她在罗纳德·诺里什（Ronald Norish，1967年诺贝尔化学奖得主）门下进行研究工作。1942年8月，由于第二次世界大战的战争需求，富兰克林进入位在泰晤士河上京士顿（Kingston upon Thames）的不列顚煤炭利用协会（英语：British Coal Utilisation Research Association）（British Coal Utilisation Research Association），在此期间对于煤的多孔性探讨，助长了她往后对于强力碳纤维的研究，例如石墨。1945年，她以一篇论文《固态有机石墨与煤和相关物质的特殊关系之物理化学》（The physical chemistry of solid organic colloids with special reference to coal and related materials）获得了物理化学的博士学位。战争结束之后，富兰克林于1946年前往法国巴黎工作，在当地的国家中央化学实验室（Laboratoire central des services chimiques de l'État）待了三年，学习X射线晶体衍射技术。此外也发表了一些关于煤炭的研究论文，这些论文使她获得了一些国际上的名声，并且在一些化学工业获得应用。1950年，富兰克林受聘前往伦敦大学国王学院任职。1951年1月，富兰克林开始在国王学院进行研究工作，她所任职的部门是医学研究委员会（Medical Research Council，简写为MRC）中，由物理学家约翰·蓝道尔主持的生物物理研究单位。原本富兰克林的研究主题应该是蛋白质的X射线晶体衍射，不过到了国王学院之后，蓝道尔重新指派她投入DNA化学结构的研究。这所实验室还有另外两位成员正在进行这项研究工作，分别是莫里斯·威尔金斯与他的学生雷蒙·葛斯林。当富兰克林进入实验室时，威尔金斯正好前去度假。虽然蓝道尔曾在一封信中指派富兰克林独立研究DNA，并且从威尔金斯手中接收研究。但是威尔金斯并未看过，当威尔金斯回到国王学院之后，便与富兰克林产生误会。威尔金斯认为她是自己的助手，而富兰克林则认为威尔金斯不应干涉她的工作。威尔金斯与葛斯林从1950年便开始分析DNA结构。其中威尔金斯在一场研讨会中，从瑞士科学家鲁道夫·席格纳（英语：Rudolf Signer）（Rudolf Signer）手上得到（无偿提供）一种纯DNA样品，这种样品淬取自小牛胸腺，其性质比较适合X射线衍射分析。它干燥时呈细小的针簇状，一旦遇潮会变成一团黏胶状物质。后来富兰克林与葛斯林发现了DNA的其中两种型态，在潮湿状态下，DNA的纤维会变的较长较细，称做B型；而干燥的时候则变得较短较粗，称为A型。后来A型是由富兰克林进行研究，B型则是交给威尔金斯。到了1951年11月，富兰克林提出了A型DNA的X射线衍射图，并进行了一场演讲。这时候沃森正好在剑桥大学中由威廉·劳伦斯·布拉格主持的卡文迪许实验室研究蛋白质结构。沃森与克里克得知了这些讯息之后，便开始尝试排列DNA的螺旋结构，当时他们的模型是三股螺旋。沃森与克里克曾经邀请富兰克林、威尔金斯与葛林斯参观他们的三股螺旋结构模型，富兰克林在看见这些模型之后，做了许多的批评。这些批评使沃森与克里克被上司布拉格要求终止DNA结构的研究。同一年中，国王学院的科学家们已经大多接受B型DNA的结构为螺旋型（详细结构尚未明了），不过对于A型DNA是否也同样是螺旋型，富兰克林则仍持怀疑态度。她与葛斯林曾开玩笑地制作了一份讣闻，悼念结晶状DNA（A型DNA）失去的螺旋结构。1952年5月富兰克林与葛林斯经过了一场长时间的研究，获得一张B型DNA的X射线晶体衍射照片，并且将专门用来解决X射线晶体衍射问题的帕特生函数（英语：Patterson function）（Patterson function）应用在图片分析。这张照片称做“照片51号”，曾经被X射线晶体衍射先驱之一约翰·贝尔那（英语：John Desmond Bernal）（John Desmond Bernal）形容为：“几乎是有史以来最美的一张X射线照片。”但是她并未发表研究成果，而且由于A型结构的数据仍不足以支持螺旋型，因此富兰克林继续将研究焦点放在A型DNA。除了晶体衍射照片之外，1952年11月，富兰克林也提出了一份报告，这些研究结果被收录在一份用来提交给访问委员会（visiting committee）的“MRC报告”当中，其中说明A型DNA的对称性，意思是DNA的结构即使翻转180度之后看起来还是一样。克里克认为这显示DNA拥有方向相反的两股螺旋。此外，这篇报告也指出了磷酸根之间的距离以及它们位在DNA上的位置。1952年11月，另一位化学家莱纳斯·鲍林也开始研究DNA结构，他认为DNA应该是外侧为碱基，以及内侧为磷酸（实际的情形是双股、外侧磷酸与内侧碱基）。并且与沃森、克里克在当时都认为DNA的结构应该是三股螺旋。莱纳斯·鲍林很快的发表了一篇论文，但是这篇论文很快的被沃森与克里克指出错误，并经由他在剑桥大学的儿子彼得·鲍林（Peter Pauling）的传达得知。由于沃森也把这篇论文拿给富兰克林看，因此富兰克林后来亲自寄了一封指出错误的信件给莱纳斯·鲍林。1953年1月，威尔金斯由于以为沃森与克里克早已不做DNA结构的分析，因此将照片51号拿给沃森过目，并且详细的解释相关的研究结果。这使得沃森与克里克取得了布拉格的同意，并在2月4日重启对DNA结构模型的建构，以及在2月8日请求威尔金斯同意他们也进行相同研究，此时威尔金斯才知道自己先前可能已经透露太多。同时卡文迪许实验室在MRC的代表，也是访问委员会的成员之一马克斯·佩鲁茨（Max Ferdinand Perutz），也在克里克的要求下，将MRC报告拿给沃森与克里克观看。虽然这篇报告并非机密，但是透露研究成果给竞争对手的行为却让蓝道尔大为光火。原本并不接受A型DNA为双股螺旋的富兰克林，经过一段时间的分析之后，在2月24日得出两种DNA皆为双股螺旋的结论。到了2月28日，沃森与克里克宣布他们发现了双股螺旋模型，此时威尔金斯仍被蒙在鼓里。1953年3月，富兰克林离开了国王学院，前往同样属于伦敦大学的伯贝克学院（Birkbeck College, London），且并未带走她的研究成果。这时候威尔金斯还写了一封信给克里克，表示“黑暗女士”（Darklady，指富兰克林）已经离开了他们的实验室，终于可以开始向大自然的秘密前进。在布拉格与蓝道尔的介入下，《自然》（Nature）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。其中富兰克林的论文是与葛斯林共同发表，论文名称是《胸腺核酸的分子结构》（Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate）沃森与克里克在论文中提及他们是受到威尔金斯与富兰克林等人的启发，但并未详细说明，也没有致谢。而威尔金斯与富兰克林，则是在论文中表示自己的数据与沃森和克里克的模型相符。富兰克林到了伯贝克学院之后，在约翰·贝尔那旗下工作，开始将X射线晶体衍射技术应用在研究烟草花叶病毒（TMV）的结构，并且由农业研究委员会（Agricultural Research Council，ARC）提供资金。1954年，她与克鲁格（Aaron Klug）开始进行长时间的合作研究。1955年富兰克林发表一篇论文，指出所有TMV颗粒的长度皆相同，这个结果与当时著名病毒学者诺曼·皮里埃（英语：Norman Pirie）（Norman Pirie）的想法矛盾，而最后证明富兰克林的结果正确。1954年之后，她和沃森与克里克之间的关系开始有所改善，沃森一方面成为她在病毒研究上的讨论伙伴，一方面也援助富兰克林的研究经费。富兰克林经常到剑桥大学与克里克讨论研究，并且曾经与克里克夫妇一同到西班牙旅游。后来的几年，富兰克林仍然继续将心力专注在TMV等病毒之上。她的团队在1955年完成了TMV模型。此外她也研究了病毒对植物（包括马铃薯、芜菁、番茄与豌豆）的感染，以及TMV病毒中的核糖核酸（RNA）。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。在生病的期间，她有时会在克里克夫妇的家中修养。不过富兰克林仍继续她的工作，在1956年间发表了7篇论文，1957年则发表了6篇以上。后来她的团队开始研究小儿麻痹病毒，并获得美国国家卫生院的资助。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（Research Associate in Biophysics）任职。1958年3月30日，富兰克林再度感到不适，并且在4月16日因为卵巢癌逝世于英国伦敦，终年38岁。她得到癌症的原因，可能与X射线或是家族遗传有关。1968年沃森出版了一本具争议性的书籍《双螺旋》（The Double Helix），这本书中对于沃森以外的科学家多所批评。其中将罗莎琳·富兰克林（在书中以自己取的绰号“Rosy”称呼）形容成一个“女学究”（bluestocking）型的女性，从来不注意女性特质，不涂口红也不注重穿着。并且猜测富兰克林的家庭可能是一个不幸的家庭。同时沃森也误以为富兰克林是威尔金斯的下属，并描述她是个不合作的人物。此外书中也描述富兰克林完全反对双螺旋结构模型。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。”；46年后沃森演讲里吐露的：“我看到了罗莎琳的X射线照片......我并没有跑进去翻抽屉，把它偷走，是别人拿来给我看的，而且也是别人告诉我螺距为34埃......一个月后我们便做出这个结构......罗莎琳的照片确实是关键......”。在2003年，国王学院将新大楼命名为富兰克林—威尔金斯馆（Franklin-Wilkins Building）时，沃森在命名演说中说道：“罗莎琳的贡献是我们能够有这项重大发现的关键。”