Heute vor 70 Jahren wurde eine Arbeit veröffentlicht, die die Biowissenschaften veränderte

Am 25. April 1953 wurde in Nature ein Artikel veröffentlicht, der die Welt beeinflusste: „Molecular Structure of Nucleic Acids“. Seitdem versteht die Menschheit die Doppelhelixstruktur der DNA und ihre Bedeutung für die Genetik. Erinnern wir uns heute an diese Legende.

Geschrieben von Qu Lijian

Einige der Nobelpreisträger 1962, von links nach rechts: Wilkins, Perutz (Chemiepreis), Crick, Steinbeck (Literaturpreis), Watson, Kendrew (Chemiepreis). Bildquelle: Cold Spring Harbor Laboratory

Am 10. Dezember 1962 betraten im schwedischen Stockholm drei Wissenschaftler – Maurice Hugh Wilkins, Francis Crick und James Watson – abwechselnd die Bühne, um den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin entgegenzunehmen, die höchste Auszeichnung der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Ausgezeichnet wurden sie „für ihre Entdeckung der molekularen Struktur von Nukleinsäuren und ihrer Bedeutung für die Informationsübertragung in lebenden Organismen.“

Ihre Arbeiten wurden im Wesentlichen im Jahr 1953 abgeschlossen, also vor genau 70 Jahren.

Von den dreien studierte Watson Biologie, während Wilkins und Crick beide einen Hintergrund in Physik hatten. Sie betraten das Gebiet der Molekularbiologie und wurden von demselben Buch beeinflusst – Schrödingers „Was ist Leben?“ 》(Was ist Leben?) – Inspiration.

Werfen wir einen Blick auf ihre Geschichten …

Durch ein Buch kennengelernt

Als der Zweite Weltkrieg sich dem Ende zuneigte, dachten die am Manhattan-Projekt arbeitenden Wissenschaftler darüber nach, was nach dem Krieg geschehen sollte. Manche wollten ihre Forschung an größeren Bomben fortsetzen – der Wasserstoffbombe –, andere wollten die Erzeugung von Atomenergie erforschen, wieder andere wollten ihre Vorkriegsforschung fortsetzen, andere wollten andere Richtungen für die akademische Forschung finden und wieder andere wollten den Beruf wechseln und keine Wissenschaftler mehr sein.

Maurice Wilkins war ein britischer Wissenschaftler, der im Rahmen des Manhattan-Projekts an der Isotopentrennung arbeitete. Er war damals erst 29 Jahre alt und machte sich auch Gedanken über seine Zukunft. Er hoffte, seine wissenschaftliche Forschung fortsetzen zu können, würde jedoch nie wieder Forschungen im Bereich der Kernphysik durchführen, da ihn die Zerstörungskraft von Atomwaffen beunruhigte.

Aber was tun?

Einer von Wilkins' Kollegen, Harrie Massey, lieh ihm das Buch „Was ist Leben?“ Dieses Buch basiert auf einer Vorlesung des Quantenphysikers Erwin Schrödinger am Trinity College in Dublin (Nordirland) im Februar 1943. Darin erklärte Schrödinger, es sei falsch anzunehmen, die Biologie sei unabhängig von Physik und Chemie. Die Biologie müsse auf molekularer und atomarer Ebene untersucht werden, und sowohl die biologische als auch die nicht-biologische Welt folgten denselben physikalischen Gesetzen. Schrödinger erörterte insbesondere seine Erkenntnisse über genetische Phänomene: Ein Gen müsse ein großes Proteinmolekül sein (die damals vorherrschende Ansicht in der wissenschaftlichen Gemeinschaft war, dass genetisches Material Protein sei) und die materielle Struktur eines Gens sei eine nichtperiodische Kristallstruktur.

Wilkins war von den Ideen in Schrödingers Buch tief fasziniert und wusste, was er tun wollte: Er wollte „Biophysiker“ werden. Er folgte seinem Doktorvater, Professor John Randall, zurück nach Großbritannien, um Biophysik zu studieren, und die beiden gründeten schließlich eine Forschungsgruppe am King's College London.

Massey stellte ihn auch einem Kollegen vor, Francis Crick, der zufällig im gleichen Alter war wie er.

Crick erhielt 1937 seinen Bachelor of Science vom University College London. Ursprünglich wollte er ein Doktorat anstreben, doch sein Studium wurde unterbrochen, als die Versuchsanlagen durch Bombenangriffe der nationalsozialistischen deutschen Armee zerstört wurden. Anschließend arbeitete er für die britische Admiralität, wo sein Vorgesetzter der theoretische Physiker Marcy war, Wilkins' Kollege im Manhattan-Projekt.

Nach dem Krieg war Crick verwirrt, was er in Zukunft tun sollte. Crick betrieb zwar einige angewandte Forschung, seine Leistungen waren jedoch nicht herausragend und er war nicht daran interessiert. Er interessierte sich für die Grundlagenforschung, zweifelte jedoch an seinen eigenen Fähigkeiten.

Cricks Freunde sagten, dass Sie aufgrund Ihrer Redegewandtheit und Ihres wissenschaftlichen Verständnisses sehr gut für eine Tätigkeit in der Wissenschaftskommunikation geeignet seien. Crick hielt das für eine gute Idee.

Eines Tages sprach er in seinem Büro über die neuesten wissenschaftlichen Fortschritte. Nachts fühlte er sich plötzlich sehr leer. Sein Wissen zu diesen Themen stammte lediglich aus einigen populärwissenschaftlichen Veröffentlichungen. Tatsächlich hatte er kein tieferes Verständnis. Er verbreitete keine wissenschaftlichen Erkenntnisse, sondern plauderte über Wissenschaft.

Crick beschloss, echte Wissenschaft zu betreiben. Welche Richtung soll ich wählen? Wählen Sie eine Richtung, die Sie wirklich interessiert. Crick glaubt:

Ein Leben für die Wissenschaft erfordert ebenso wie ein Leben für die Religion ein hohes Maß an Hingabe, und diese Hingabe kann man nur dann aufbringen, wenn man mit Leidenschaft seinem Beruf nachgeht.

Wie finden Sie, was Sie wirklich interessiert? Cricks Methode heißt Smalltalk-Test. Das bedeutet, dass Sie sich den ganzen Tag über das unterhalten, was Sie wirklich interessiert. Mit dieser Methode fand er seine Interessen:

Molekularbiologie: Die Schnittstelle zwischen Leben und Nicht-Leben

Wie das Gehirn funktioniert – Neurobiologie

Aufgrund meines physikalischen Hintergrunds ist die erste Option zuverlässiger. Creek entschied ohne weiteres Zögern: Das war es.

Ein weiterer Faktor, der Cricks Wahl beeinflusste, war Schrödingers Buch „Was ist Leben?“ “, und er stieß auf dieses Buch, das ihm ebenfalls von Masi geliehen worden war (ich weiß nicht, ob es dasselbe Buch ist). Die Botschaft, die Crick aus dem Buch mitnahm, war, dass die Biowissenschaften kurz vor einem großen Wandel standen.

Zu diesem Zeitpunkt erhielt Crick ein Stellenangebot vom Augenphysiologen Hamilton Hartridge und sollte eine feste Anstellung bekommen. Crick kämpfte eine Woche lang und lehnte den Job ab, beschloss jedoch, sein Ideal zu verfolgen und einen Job im Bereich der Molekularbiologie zu finden.

Also wandte er sich hilfesuchend an seine frühere Chefin Marcy, heute Professorin am University College London. Marcy stellte zwei Personen vor, eine davon war Wilkins, Marcys Kollege im Manhattan-Projekt.

Crick besuchte Wilkins und erfuhr, dass Wilkins versuchte, physikalische Techniken anzuwenden, um Zellen zu beobachten, was Crick als zu biologisch empfand. Außerdem mochte Randall den prahlerischen Crick nicht, sodass Crick und Wilkins keine Chance hatten, zusammenzuarbeiten. Doch inzwischen sind die beiden gute Freunde geworden.

Nachdem sich die Wege von Crick und Wilkins getrennt hatten, wechselte er in verschiedene Forschungsgruppen und ließ sich schließlich im Cavendish Laboratory in Cambridge nieder, wo er Doktorand wurde. Sein Forschungsthema war die Verwendung der Röntgenkristallbeugungstechnologie zur Untersuchung der Struktur von Proteinen. Cricks Wunsch wurde endlich erfüllt und er konnte Molekularbiologie studieren.

Wilkins und sein neuer Kollege Franklin

Von einem Studenten der Gruppe erfuhr Wilkins eine wichtige Neuigkeit: Amerikanische Wissenschaftler hatten aus Experimenten geschlossen, dass genetisches Material DNA sei!

Wenn dies zutrifft, werden Struktur und Funktion der DNA das wichtigste Forschungsthema in der Biologie sein. Wilkins besprach sich mit seinem Chef Randall und beschloss, die bisherige Arbeit, die darin bestand, ein geeignetes Mikroskop zur Untersuchung von Zellen zu entwickeln, einzustellen und sich stattdessen auf die DNA-Forschung zu konzentrieren. Diese Entscheidung ist uns nicht leichtgefallen. Schließlich hatten sie viel Zeit und Energie in Mikroskope investiert, die das Thema von „Was ist Leben?“ waren. 》 brachte Wilkins zu seiner Entscheidung, denn DNA sollte das sein, was Schrödinger den nichtperiodischen Kristall nannte.

Welche Werkzeuge werden zur Untersuchung von DNA verwendet?

Ein Gastwissenschaftler aus den USA schlug den Einsatz der Röntgenbeugungstechnologie vor und erwähnte, dass amerikanische Biochemiker diese Technologie zur Untersuchung der Struktur von Viren nutzten.

Wilkins befolgte den Rat. Die nächste Frage ist, wo man die Proben bekommt?

Wilkins mit einem Röntgenbeugungsinstrument. Bildquelle: Wikipedia

Im Mai 1950 entnahm Rudolf Signer, Professor für organische Chemie an der Universität Bern in der Schweiz, auf einer wissenschaftlichen Konferenz in London großzügig mehrere Flaschen mit DNA-Molekülproben, die er vorbereitet hatte, und überließ sie Bedürftigen. Signer erklärte stolz:

Ich würde behaupten, dass die Qualität meiner Proben unübertroffen ist, und ich weiß nicht, wer behaupten würde, der Erste zu sein.

Auf diese Weise gelangte Wilkins an wertvolle DNA-Proben und konnte mit Hilfe der Probe von Professor Signer schließlich die Molekülstruktur der DNA entschlüsseln. Die Beiträge von Professor Signer sind es wert, in Erinnerung zu bleiben, und sein kluger und großzügiger wissenschaftlicher Geist ist es wert, kennengelernt zu werden.

Wilkins war jedoch nicht sehr versiert in der Röntgenkristallographie und hatte zuvor nur wenige Proben zur Verfügung, sodass seine Experimente nur langsam vorankamen. Daher beschlossen er und sein Chef Randall, einen Experten für Röntgenkristallographie einzustellen.

Die Position wurde von der Physikochemikerin Rosalind Franklin innegehabt.

Franklin erhielt 1940 seinen Bachelor-Abschluss von der Universität Cambridge. Während seines Militärdienstes im Zweiten Weltkrieg forschte er über Kohle. Aufgrund seiner Forschungsergebnisse auf diesem Gebiet promovierte er 1945 an der Universität Cambridge. 1947 ging er für seine Postdoc-Forschung nach Paris und wurde Experte für Röntgenkristallographie. Er trat 1951 Randalls Forschungsgruppe bei.

Franklin trank Kaffee, während er in Frankreich arbeitete. Das Servieren von Kaffee in einem Tiegel ist in ihrem Labor Tradition. Bildquelle: Physics Today

Wilkins war im Urlaub, als Franklin seinen Dienst antrat. Randall teilte Franklin mit, dass sie und Wilkins‘ Doktorand Raymond Gosling für die Röntgenbeugungsforschung an der DNA verantwortlich sein würden. Franklin glaubte, dass er für diese Forschungsrichtung eigenständig verantwortlich sei.

Als Wilkins aus dem Urlaub zurückkam, stellte er fest, dass sein Doktorand mit einem neuen Mitarbeiter zusammenarbeitete, und dachte fälschlicherweise, sein Chef hätte ihm einen Assistenten zugeteilt.

Aufgrund ihrer Persönlichkeitsunterschiede konnten die beiden das Missverständnis nicht ausräumen und Randall, als Chef, klärte ihre Beziehung nicht. Die beiden Kollegen hatten ihr Leben lang ein schlechtes Verhältnis zueinander, was in der Geschichte der Wissenschaft sehr bedauerlich ist.

Wilkins trifft Watson

Vom 22. bis 25. Mai 1951 fand im italienischen Neapel die von der UNESCO gesponserte wissenschaftliche Konferenz „Symposium über die submikroskopische Struktur des Protoplasmas“ statt. Wilkins beschloss, auf der Konferenz über die Röntgenbeugungsforschung an DNA zu sprechen, die er und sein Student Gosling durchgeführt hatten.

Wilkins‘ Bericht stieß bei einem jungen Amerikaner auf großes Interesse. Sein Name ist James Watson.

Watson hatte seit seiner Kindheit eine Leidenschaft für die Vogelbeobachtung, aber nachdem er Schrödingers Buch „Was ist Leben?“ gelesen hatte, Im Jahr 1946, während seines Studiums an der Universität von Chicago, verlagerten sich seine Ambitionen von der Vogelforschung auf die Genetik. Watson begann 1947 sein Doktoratsstudium an der Indiana University. Sein Hauptforschungsgebiet waren Bakteriophagen, mit deren Hilfe er erfuhr, wie Gene die Zellvererbung steuern. Watsons Mentoren waren der Biologe Salvador Luria und der Biophysiker Max Delbrück. Delbrück war ein früher Physiker, der sich der biologischen Forschung zuwandte und Schrödinger dazu veranlasste, sich biologischen Problemen zuzuwenden.

Was ist Leben?, veröffentlicht 1944. Quelle: Raptis Rare Books

Watsons Mentor Luria glaubte, dass wir, um die Genetik zu verstehen, zuerst die chemische Struktur der Gene verstehen müssen. Da ich keine Chemie mehr studieren wollte, war es das Klügste, einen meiner Studenten zum Chemiestudium zu einem Chemiker zu schicken. Er wählte Watson aus.

Luria wählte für Watson sorgfältig einen Mentor aus, der sich sowohl in Chemie als auch in Genetik auskannte: Herman Kalckar von der Universität Kopenhagen in Dänemark. Leider waren Lurias Bemühungen vergeblich. Calca konnte Watsons Interesse für die Chemie überhaupt nicht wecken und er wandte sich einem anderen Professor zu, um seine Bakteriophagenforschung fortzusetzen. Watsons größtes Interesse galt jedoch der Molekülstruktur der Gene.

Im Konferenzsaal in Neapel begann Wilkins mit seinem Bericht und Watson saß in der letzten Reihe, hörte sich den Bericht an und las eine Zeitung. Wilkins sprach nach und nach über seine und die Forschungen seiner Studenten zur DNA und projizierte eine Folie, die das bis dahin klarste Röntgenbeugungsmuster von DNA-Kristallen zeigte. Watson zuckte zusammen, hob den Kopf und die Zeitung rutschte unter den Tisch. Wilkins sagte, dass man anhand von Röntgenbeugungsmustern auf die Struktur der DNA schließen könne, so dass es nicht mehr lange dauern werde, bis wir die Vererbungsprinzipien der Gene verstehen.

Wilkins‘ Bericht war langweilig, weckte jedoch Watsons Faszination für die Erforschung der DNA.

Während des Treffens trat Watson an Wilkins heran und äußerte seine Bereitschaft, ihm bei der Untersuchung von DNA mittels Röntgenbeugung zu folgen. Er benutzte sogar seine Schwester, die in Neapel unterwegs war, um Wilkins zu verführen, erreichte sein Ziel jedoch nicht.

Ein Röntgenbeugungsmuster von DNA, das Wilkins auf der Konferenz in Neapel vorstellte. Bildquelle: Watsons „Doppelhelix“

Nach seiner Rückkehr nach Kopenhagen las Watson mehrere Artikel des amerikanischen Chemikers Linus Pauling über die Röntgenbeugung von Peptiden und erfuhr von dem von Pauling vorgeschlagenen Modell der helikalen Struktur von Proteinen. Watson war überzeugt, dass die Röntgenbeugungstechnologie in der Nukleinsäureforschung eine Zukunft haben müsse, und sein Entschluss, sich der DNA-Forschung zu widmen, wurde immer größer.

Von wem kann ich die Technik zur Analyse von Röntgenbeugungsmustern erlernen?

Pauling? Er ist zu berühmt und ich bin zu unerfahren und nicht gut ausgebildet, also sollte er auf mich herabsehen.

Wilkins? Ich möchte mein warmes Gesicht nicht noch einmal vor Wilkins‘ kalten Hintern halten.

Watson erfuhr, dass Professor Max Perutz vom Cavendish Laboratory der Universität Cambridge Röntgenbeugungsmethoden zur Untersuchung der Proteinstruktur verwendete. Durch die Verbindungen seines Mentors Luria gelang es ihm, Postdoktorand bei Perutz zu werden.

Hier traf Watson Crick, der bei Perutz promovierte. Obwohl Crick 12 Jahre älter als Watson war, gab es zwischen den beiden keinen Generationsunterschied. Sie verstanden sich auf Anhieb, hatten ein gegenseitiges Verständnis und teilten dieselben Ideale. In einer Forschungsgruppe, die Proteine ​​untersuchte, glaubten beide, dass DNA wichtiger sei als Protein. Die beiden führten jeden Tag hitzige Diskussionen miteinander und Perutz teilte ihnen dasselbe Büro zu, um die anderen nicht zu stören.

Dies war eine glückliche Entscheidung für mich persönlich und für die Wissenschaft.

Während sie sich mit dem Proteinprojekt ihres Chefs beschäftigten, diskutierten und dachten die beiden privat über die Struktur der DNA nach.

Doppelhelix

Wilkins kehrte nach London zurück und sammelte weiterhin DNA von verschiedenen Organismen für Röntgenbeugungsexperimente. Die erhaltenen Ergebnisse waren ähnlich und zeigten, dass die DNA verschiedener Organismen die gleiche Struktur aufweist.

Wie ist die konkrete Struktur?

Alec Stokes, ein weiterer Forscher in Randalls Gruppe, führte auf der Grundlage des Beugungsmusters mathematische Berechnungen durch und stellte vorläufig fest, dass DNA eine helikale Struktur hat.

Im Juli 1951 besuchte Wilkins Cambridge und tauschte sich dort mit vielen Röntgenexperten aus, darunter auch mit seinem guten Freund Crick. Alle waren sich einig, dass das Beugungsmuster eine Spiralstruktur zeigte.

Natürlich musste Wilkins dies mit Franklin besprechen, der Röntgenbeugungsexpertin der Forschungsgruppe, aber Franklin war sehr wütend und sagte, dass Wilkins die Arbeit erledigt habe, für die sie verantwortlich war, und forderte Wilkins auf, „mit Ihrem Mikroskop zu spielen“.

Randall ging mit der Spannung zwischen den beiden sehr einfach um, indem er sie ihre eigenen Dinge tun ließ und sie sich nicht gegenseitig störte.

Franklin baute ein fortschrittlicheres Röntgenbeugungsgerät und erhielt ein klareres Röntgenbeugungsmuster der DNA.

Wilkins besprach Franklins Diagramm mit Stokes und bat Stokes, die Struktur aus dem Beugungsmuster zu berechnen. Stokes stellte während der Zugfahrt einige Berechnungen an und kam zu dem Schluss, dass es sich um eine Spiralstruktur handelte. Wilkins und Stokes gingen aufgeregt zu Franklin, um zu diskutieren, aber unerwartet fragte Franklin wütend: „Warum erklären Sie meine Daten?“ Danach hatten Wilkins und Franklin keinen Kontakt mehr.

Im November 1951 organisierte Randalls Forschungsgruppe eine kleine wissenschaftliche DNA-Konferenz, um über ihre neuesten Errungenschaften zu berichten. Watson und Crick von der Universität Cambridge freuten sich sehr auf das Treffen.

Crick und Watson hatten nie Experimente mit DNA durchgeführt; Sie hatten versucht, Einblick in die Struktur zu gewinnen, indem sie über die Daten anderer Leute nachdachten. Ursprünglich wollte Crick das Ganze mathematisch genau ausrechnen, doch dies gelang ihm nicht. Er und Watson begannen, Paulings Arbeiten über Peptide zu studieren, um herauszufinden, wie Pauling die Struktur von Peptiden ermittelte. Sie erfuhren, dass Pauling die α-Helix nicht durch das Beobachten von Röntgenbeugungsmustern oder durch die Verwendung von Papier und Stift für strenge mathematische Schlussfolgerungen entdecken konnte. Sein wichtigstes Werkzeug war eine Reihe von Molekülmodellen aus Kugeln und Stäbchen, mit denen er wie ein Kind, das mit Bauklötzen spielt, die sinnvollste Struktur zusammensetzte.

Watson und Crick beschlossen, dieselbe Methode zur Lösung der DNA-Struktur zu verwenden, und sie benötigten dringend detailliertere Röntgenbeugungsmuster. Diese Konferenz des King's College ist eine wertvolle Gelegenheit.

Bei dem Treffen gaben Wilkins, Stokes und Franklin nacheinander Berichte ab. Franklin präsentierte das damals klarste Röntgenbeugungsmuster der DNA sowie eine Fülle von Daten.

Nachdem Watson zurückgekehrt war, besprach Crick mit ihm die neuen Informationen, die er bei dem Treffen erhalten hatte. Infolgedessen konnte sich Watson nicht viele nützliche Informationen merken, weil er sich zu sehr auf sein Gedächtnis verließ und Franklins Schönheit auf der Bühne ihn von Zeit zu Zeit zum Tagträumen brachte, sodass er sich keine Notizen machte.

Auf der Grundlage früherer Arbeiten und einiger Ideen von Watson entwickelten Watson und Crick eine Dreifachhelixstruktur: drei Hauptketten innen und die Basen außen. Sie verwendeten Molekülmodelle, um diese Dreifachhelixstruktur aufzubauen, und luden Kollegen vom King's College zu einem Besuch und einer Diskussion ein.

Franklin warf einen Blick darauf und lehnte das Bauwerk sofort ab. Franklin sagte, dass DNA-Moleküle aufgrund der negativ geladenen Phosphatgruppen am Rückgrat eine höhere Wasserlöslichkeit aufweisen, sodass sich die Hauptkette nicht im Inneren befinden kann. Franklin warf auch eine wichtige Frage auf: Was hält die drei Ketten zusammen?

Nachdem Randall von der Arbeit von Watson und Crick erfahren hatte, verhandelte er mit dem Direktor des Cavendish Laboratory in Cambridge und forderte Watson und Crick auf, die Forschung auf diesem Gebiet einzustellen. Dies war die Arbeit des King’s College. Cambridge stimmte zu, aber Watson und Crick setzten ihre Arbeit im Geheimen fort.

Als der österreichisch-amerikanische Biochemiker Erwin Chargaff das Cavendish-Labor besuchte, kommunizierten Watson und Crick mit ihm, wurden jedoch von Chargaff verachtet, weil sie nicht einmal die vier Basen der DNA unterscheiden konnten. Watson und Crick erlangten von Chargaff dennoch einige neue Erkenntnisse, nämlich dass die Anzahl von Adenin und Thymin in der DNA gleich ist und auch die Anzahl von Guanin und Cytosin gleich ist, was Chargaffs Gesetz ist.

Im Herbst 1952 kam ein Doktorand an das Cavendish Laboratory, Peter Pauling. Er war eine prominente Persönlichkeit, da er der Sohn des großen amerikanischen Wissenschaftlers Pauling war. Peter wurde dem Büro von Watson und Crick zugeteilt. Peter verriet zwei Kollegen, dass auch sein Vater an der Struktur der DNA forschte. Watson und Crick wurden sofort nervös: Können sie mit Pauling konkurrieren?

Linus Carl Pauling (1901–1994) war ein amerikanischer Chemiker und einer der Pioniere der Quantenchemie und Strukturbiologie. Für seine Arbeiten über chemische Bindungen erhielt er 1954 den Nobelpreis für Chemie und 1963 den Friedensnobelpreis für seinen Widerstand gegen Atomwaffen. Bildquelle: Wiki

Nach Weihnachten 1952 teilte Peter Watson und Crick mit, dass die Arbeit seines Vaters fertig sei und eingereicht werden könne. Watson und Crick waren am Boden zerstört und hatten das Gefühl, dass all ihre Bemühungen vergeblich waren. Nachdem sie sich beruhigt hatten, fragten die beiden Peter, ob er seinen Vater bitten könne, ihnen einen Entwurf des Papiers zu schicken, damit sie es studieren könnten.

Peter war ein so ehrlicher Junge, dass er seinen Vater bat, ihm den ersten Entwurf seiner Arbeit zu schicken. Nach der Lektüre waren Watson und Crick erleichtert, denn Paulings Schlussfolgerung war eine Dreifachhelixstruktur, die seinem eigenen verworfenen Modell ähnelte. Sie wussten aber auch, dass Pauling mit seinem Niveau früher oder später in der Lage sein würde, die Fehler in diesem Modell zu erkennen. Die Zeit lief ihnen davon und sie mussten ihre Arbeit beschleunigen und die richtigen Ergebnisse vor Pauling erzielen.

Watson und Crick suchten sofort den Direktor des Cavendish-Labors auf und teilten ihm mit, dass sie die Gentlemen’s Agreement mit Randalls Forschungsgruppe aufgeben müssten. Wenn sie nicht schnell handelten, würde der Amerikaner Pauling der Gewinner sein. Der Direktor stimmte zu und forderte sie auf, schneller zu arbeiten.

Watson und Crick wandten weiterhin Paulings Methode zum Zusammensetzen molekularer Modelle an, für die sie auf Röntgenbeugungsmuster zurückgreifen mussten. Die Bilder, die sie sehen konnten, wurden vor fünf Jahren veröffentlicht und waren nicht deutlich genug. Sie benötigten dringend die klarsten und genauesten Röntgenbeugungsmuster. Nur Franklin konnte ein solches Bild haben.

Im Januar 1953 eilte Watson zum King's College in London, um die Möglichkeit einer Zusammenarbeit mit Franklin zu besprechen, wurde jedoch rundweg abgelehnt. Watson kam aus Franklins Büro und wurde in Wilkins‘ Büro gerufen, der ein Röntgenbeugungsmuster aus der Schublade holte. Dieses Bild wurde im Mai 1952 vom Doktoranden Gosling unter Franklins Anleitung aufgenommen und trägt Franklins Nummer, 51.

Watson war überrascht und erfreut und kehrte mit Abbildung 51 nach Cambridge zurück.

Die berühmte Abbildung 51, die Kopie, die Franklin Pauling gab. Bildquelle: askabiologist.asu.edu

Watson war bereit, Großes zu wagen und bat die Mechaniker, weitere Molekülmodelle zu erstellen. Infolgedessen verging ein Monat und der Mechaniker hatte das Molekülmodell noch immer nicht fertiggestellt. Watson konnte nicht länger warten, also schnitt er einige Pappkartons auf und baute seine eigenen Molekülmodelle.

Watson hat es immer wieder zusammengesetzt und schließlich die sinnvollste Struktur gefunden. DNA besteht aus zwei Ketten, wobei sich die Hauptkette außen und die Basen innen befinden. Adenin und Thymin sowie Guanin und Cytosin werden durch Wasserstoffbrücken gepaart, um die beiden Ketten miteinander zu verbinden. Die Gesamtstruktur ist eine Spirale und entspricht dem Chargaff-Gesetz.

Die Doppelhelixstruktur der DNA wurde enthüllt. Es war der 28. Februar 1953.

Watson bat Crick, die Spiralstruktur zu untersuchen. Crick stellte fest, dass alles mit dem Beugungsmuster übereinstimmte.

Crick konnte seine Aufregung nicht zurückhalten. Im Restaurant der Universität Cambridge erzählte er jedem, den er traf, dass er das Geheimnis des Lebens geknackt habe.

Der Mechaniker lieferte schließlich das Molekülmodell des Metalls. Am 7. März 1953 konstruierten Watson und Crick die endgültige Version ihres DNA-Modells. Die beiden betrachteten das 1,8 Meter hohe Modell, das schlicht und elegant wirkte. Sie wussten, dass es nicht falsch sein konnte. Dies war die DNA-Struktur, nach der sie gesucht hatten. Die beiden konnten auch leicht erkennen, dass, sobald die Doppelhelix geöffnet war, eine neue Kette gemäß den Basenpaarungsregeln repliziert werden konnte, wodurch genetische Informationen übertragen wurden.

Watson (links) und Crick (rechts) mit dem von ihnen erstellten DNA-Modell. Quelle: Science History Institute/A. Barrington Brown

Sie luden Wissenschaftler aus allen Gesellschaftsschichten ein, das Modell zu besichtigen, und alle Besucher waren von dem einfachen Molekülmodell schockiert.

„Das Modell sagt, ob Sie es glauben oder nicht, ich habe Recht“, sagte Wilkins.

„Es ist wie ein Kinderspielzeug, das man im Dollar-Shop kaufen kann, das im Life-Magazin abgedruckt ist und das sogar ein Fünfjähriger verstehen kann“, sagte der Biophysiker Delbrück. „Jeder, der es sieht, ist erstaunt.“

Franklin sagte: „Es ist sehr schön, aber wie beweisen Sie, dass es richtig ist?“ Dies ist Franklins Stil, streng genommen basierend auf den Beweisen.

Die Verbreitung neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse kann nicht auf Ausstellungen beruhen, sondern muss auf der Veröffentlichung von Aufsätzen beruhen. Jetzt sind die Dinge etwas komplizierter, Watson und Crick haben nur das Modell entwickelt, aber nicht die Daten, die Daten gehörten dem King's College. Watson und Crick schlugen vor, gemeinsam einen Aufsatz zu verfassen, was jedoch vom King's College abgelehnt wurde.

Randall, der Leiter der Forschungsgruppe am King's College, und der Direktor des Cavendish Laboratory einigten sich schließlich darauf, die Artikel getrennt zu veröffentlichen, und bestätigten mit der Redaktion von Nature, dass beide Artikel gleichzeitig veröffentlicht würden.

Am 25. April 1953 veröffentlichte Nature drei Artikel beider Parteien. In der Arbeit von Watson und Crick – die Reihenfolge der Signaturen wurde durch Münzwurf ermittelt – wurde die Doppelhelixstruktur der DNA beschrieben. Wilkins und Franklin lehnten es ab, gemeinsam an der Abhandlung mitzuwirken und verfassten jeweils eine eigene, in der sie anhand von Daten und Zahlen zeigten, dass die Abhandlung von Watson und Crick richtig war.

Die Geschichte der Entdeckung der DNA hat auch eine Schattenseite. So hat Franklin beispielsweise einen enormen Beitrag geleistet, erhielt aber nicht die Anerkennung, die er verdiente. Watsons Darstellung von Franklin in „Die Doppelhelix“, seinen Memoiren über die Entdeckung der DNA, ist verabscheuungswürdig. Andere Biografien verteidigten Franklin später, verherrlichten ihn jedoch übermäßig und versäumten es, dem Wissenschaftler das wahre Bild zu vermitteln, das er verdiente. Das Bild des längst verstorbenen Franklin ist in den Köpfen vieler Menschen entfremdet, und er ist sogar Opfer von extremem Feminismus und Antisemitismus geworden. Es ist schade, dass Franklin, bekannt als die „Dark Lady of DNA“, damals keine faire Bewertung erhielt.

Abschluss

Am 30. Mai 1953 veröffentlichten Watson und Crick einen weiteren Artikel in Nature. Ähnlich wie das erste Papier enthielt dieses Papier noch keine Daten, sondern nur eine Begründung. Aus diesem Artikel geht hervor, dass sich die DNA-Doppelhelix entwindet und identische Sub-Doppelhelices kopiert, was den Mechanismus der Genreplikation darstellt. In diesem Artikel wird außerdem vorgeschlagen, dass die Basensequenz der DNA eine Rolle bei der Kodierung genetischer Informationen spielt.

Watson spielte den Artikel etwas herunter, doch Crick hielt ihn für wichtiger als den ersten Artikel in Nature und verteilte ihn überall. Freunde von Watson und Crick, wie etwa Wilkins, hielten den Artikel für übertrieben.

Am 12. August 1953 schickte Crick zwei Nature-Artikel an Schrödinger mit der folgenden Anmerkung:

Watson und ich sprachen darüber, wie wir zur Molekularbiologie gekommen sind, und wir stellten fest, dass wir beide von Ihrem Buch „Was ist Leben?“ beeinflusst wurden. "beeinflussen. Wir glauben, dass das Dokument, das Sie uns geschickt haben, für Sie von Interesse sein könnte. Sie sehen, Ihr Begriff „aperiodischer Kristall“ wird hoffentlich zu einem präziseren Begriff.

Cricks Brief an Schrödinger, in dem er ihm für sein Buch „Was ist Leben?“ dankt. 》. Bildquelle: Cell Systems

Im Oktober 1953 schlug der russisch-amerikanische Physiker George Gamow das mathematische Prinzip der genetischen Kodierung vor.

Waren Begriffe wie „Kodierung“ und „genetische Information“ früher bloße Metaphern, haben sie heute eine wissenschaftliche Grundlage und sind zum gängigen Vokabular im Biologieunterricht geworden.

Leben besteht aus Informationen, die in den Genen gespeichert und in jeder Zelle eines Organismus kodiert sind, was unsere Sicht auf das Leben grundlegend verändert hat. Sogar die menschliche Gesellschaft und die menschliche Spezies werden sich verändern.

Verweise

• James Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin und Maurice Wilkins: die Wissenschaftler, die die Struktur der DNA enthüllten. Audrey Borus. New York: Rosen Publishing, 2021

• Das größte Geheimnis des Lebens: Der Wettlauf um die Entschlüsselung des genetischen Codes. Matthew Cobb. New York: Basic Books, 2015

• Der dritte Mann der Doppelhelix, die Autobiografie von Maurice Wilkins. Maurice Wilkins. New York: Oxford University Press, 2005

• Das Geheimnis des Lebens: Rosalind Franklin, James Watson, Francis Crick und die Entdeckung der Doppelhelix der DNA. Howard Markel. New York: WW Norton & Company, 2021

• Das Streben nach Begeisterung. Francis Crick. Changsha: Hunan Science and Technology Press, 05.2018.

• Die Doppelhelix: Kommentierte und illustrierte Ausgabe. James Watson, USA; übersetzt von Jia Yongmin. Hangzhou: Volksverlag Zhejiang, 04.2017.

• Pauling Blog
https://paulingblog.wordpress.com/2016/05/31/peter-pauling-and-the-discovery-of-the-double-helix-1952-1953/

• Buchrezension „Secret of Life“ von Acta Cryst. (2022). D78, 1469–1473
https://doi.org/10.1107/S2059798322010658

Dieser Artikel wird vom Science Popularization China Starry Sky Project unterstützt

Produziert von: Chinesische Vereinigung für Wissenschaft und Technologie, Abteilung für Wissenschaftspopularisierung

Hersteller: China Science and Technology Press Co., Ltd., Beijing Zhongke Xinghe Culture Media Co., Ltd.

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