富兰克林没有错过双螺旋:Photo 51 背后的 Photo 49 与新解读

「看到那张照片的瞬间,我张大了嘴,脉搏开始加速。」1968 年,詹姆斯·沃森在回忆录《双螺旋》里这样描述自己初见 Photo 51 的反应。这张拍摄于 1952 年春天的 X 射线衍射图,此后被广泛称作「最重要的照片之一」:英国把它印上 50 便士纪念硬币,伦敦西区为它写过一部话剧,《LIFE》杂志的重要照片合集里也有它的一席之地。在沃森的版本里,1953 年 2 月的自己一眼看穿了螺旋,而照片的拍摄者罗莎琳德·富兰克林,却早已把其中最关键的参数算成了纸上的数字。

2026 年 10 月,科学史学者 Alistair Sponsel(费城科学史研究所生命科学口述史与策展人)与 X 射线晶体学家 Brian Sutton(伦敦国王学院生物物理学荣休教授)在《Journal of the History of Biology》发表合作论文,用富兰克林的实验笔记、原始胶片和她用过的那台相机,给出了与沃森叙事相反的结论:Photo 51 是一次目标明确的重拍,拍下它的前提,是前一天的照片已经让富兰克林算出了 DNA 螺旋的关键参数。论文标题把这层关系写在正面:《Photograph 49 是理解富兰克林 DNA Photograph 51 历史的钥匙》(DOI: 10.1007/s10739-026-09866-7)。

Photo 49(左)与 Photo 51(右):同一份 DNA 样品,同一台相机

一张照片的三层叙事

Photo 51 出现在 1953 年 4 月 25 日的《自然》周刊上,与沃森和克里克宣布 DNA 双螺旋结构的论文同期刊发,作为富兰克林与研究生雷蒙德·戈斯林(Raymond Gosling)数据论文中的独立佐证。真正让它成名的却是 1968 年沃森的回忆录。那本书出版时,富兰克林已因卵巢癌去世十年,沃森、克里克与威尔金斯因 DNA 结构研究分享 1962 年诺贝尔奖也已过去六年。沃森在书里不仅把自己见到照片的瞬间写成全书的转折点,还多次暗示富兰克林「对理论兴趣不大」,读不懂自己拍下的东西。

此后几十年的通俗叙事大多沿着这条线展开:51 号照片在 1952 年 5 月拍成后被富兰克林搁置,她转身去做干燥的 A 型结构,直到 1953 年 2 月才回头研究 B 型,而那时沃森和克里克已经抢先完成了模型。科学记者霍勒斯·贾德森在 1979 年的名著《创世纪第八日》里写道:「图案在呐喊螺旋」,而富兰克林对此「转过身去」,一背就是十个月。

Sponsel 和 Sutton 的新论文逐条推翻了这个时间线。他们核对富兰克林在伦敦国王学院时期留下的实验笔记后发现,被反复讲述的那个「灵光一现」的时刻,发生在富兰克林完成测算的十个月之后;而她本人早已把沃森以为只有自己看懂的东西算成了具体的数字。

纤维衍射能读出什么:34 埃螺距与每圈十个碱基

要看懂这场争议,得先知道这类照片能提供什么信息。富兰克林拍摄的对象是 DNA 纤维:把一滴高浓度 DNA 溶液拉成细丝,装进相机,用极细的 X 射线束打上去。纤维里的分子沿轴向排列,衍射图样因此呈现规律的花纹:分子里重复出现的结构会在底片上留下层层排列的短线和弧,层线之间的距离对应分子轴向的重复周期,子午线方向的特征弧对应更细尺度的堆叠间距。

1951 到 1952 年间,富兰克林和 Gosling 用一台飞利浦微相机完成了 78 张编号衍射图的系列实验。他们在此期间确认 DNA 存在两种结构:高湿度下的 B 型(「湿」型)和接近晶态的 A 型,并发现两者可以互相转换。1952 年 5 月 2 日清晨冲洗出来的 49 号照片,属于该系列里前所未有清晰的 B 型图样。清晰的原因后来查明:这份样品已经不可逆地锁定在 B 型结构上,可以被绷紧后在 75% 相对湿度下拍摄,避开了湿态纤维弯垂导致的图样劣化。

在投影仪把底片放大投到白色纸板上之后,富兰克林当天就完成了测算。她记下分子沿轴每 34 埃重复一次,比她已经开始分析的 A 型每个重复单元约长四分之一;她又取碱基层间距 3.4 埃(这一间距自 1938 年阿斯特伯里和贝尔的工作以来就被视为碱基沿轴堆叠的距离),得出每个 34 埃的螺旋周期里正好叠着十层核苷酸碱基。笔记里她写下的结论是一句可以推广的表述:「每个 34 埃周期上有整数(或单一分数)个残基。」1954 年,沃森和克里克在论文中确认他们搭建的双螺旋用的正是这组参数:34 埃轴向周期、每圈十对互补碱基对。这组数字最早出自对 49 号照片的分析,这一点至今没有多少人知道。

49 号玻璃底片:右上角可见富兰克林手写的编号,图案上部因支架错位被切掉

5 月 2 日的笔记本:从 49 号到 51 号只隔了一个白天

新论文的证据链来自笔记本上连续三段记录。第一段是拍摄前的常规条目:样品、湿度、射线源,曝光持续三天三夜,到 5 月 2 日清晨结束。第二段写在冲洗当天的空白处,只有一句「V[ery] good 'wet' photo」(非常好的「湿」型照片)。第三段则是单独翻开的新页,标题是「(49) 49B 对投影的粗测」,落款 1952 年 5 月 2 日,篇幅超过了此前任何一张 DNA 衍射图的分析记录。

然后是 51 号的条目。当天晚上,富兰克林开拍 51 号:同一样品、同一台相机、同样的 75% 湿度,唯一的区别她写在了纸上,「胶片支架对准准直器居中,把两条 3.4 埃弧都收进来」。研究者指出,这是整套 DNA 笔记里第一次出现「提前写下预期结果」的条目。49 号是一张实验照片,51 号是对同一次成功实验的重拍,用途是发表。

51 号条目的结尾留着一排空白,那是富兰克林习惯填写实验结果的位置。在沃森和后来的评论者眼里,这段空白成了她「不识货」的证据;在 Sponsel 和 Sutton 的解读里,它说明的是另一件事:结果已经写过了,没有必要重复。富兰克林为一张结局已知的照片投入了四天的 X 射线机时,只因为她清楚这张图样会进入论文。1953 年 3 月初,她把 51C 号胶片翻拍成耐久的玻璃底片用于制版,还在玻璃上贴了遮蔽胶带,把图案边界修得更加规整。今天所有出版物上看到的 Photo 51,都出自这块编号 867 的玻璃底片。

缺口从哪里来:一台相机的考证

49 号照片上那个著名的缺陷,也在这项研究中得到了物证级别的解释。Sponsel 和 Sutton 借用了伦敦国王学院档案馆收藏的原始设备,找到了富兰克林和 Gosling 当年固定胶片的金属支架:一块扁平金属片,边缘弯折扣在一块背板上,中间开着一个直径约 2.5 厘米、略不规则的圆孔让衍射线落到胶片上。拍摄 49 号时,这个支架与射线束和样品发生了错位,图案上部被遮掉一块。那块缺失的弧形区域,正是由 3.4 埃碱基层间距产生、后来在 51 号里出尽风头的特征弧。

这台微相机还有两个非常规设计,论文都逐一做了考证。一是直射束处理:常规相机会在样品和底片之间放一小块铅挡住未经散射的主射线束,而这台相机内部空间太紧,两人干脆把叠放的三四张胶片中心全部穿孔,让主束直接穿过整台相机从背面射出,机身后方装一小块荧光屏用于对准。二是湿度控制:他们向相机内持续通入氢气防止空气散射,富兰克林的独到改进是让氢气先鼓泡通过特定浓度的盐溶液再进入机身,借此把样品湿度精确锁在目标值上。整套装置一天半到三天不等的长时间曝光、两人当面的装片与操作,笔记和胶片上的笔迹都能对上。

研究人员手持 49 号胶片,身后是打开的微相机机身与胶片支架

「图案在呐喊」:修辞如何抹掉一个人的判断

沃森的叙事之所以能压过事实,论文认为靠的是一套沿用已久的修辞:把 51 号照片描述成一件「自然物」,仿佛图案自己开口说话,对着沃森喊出了螺旋,却对它的拍摄者保持了沉默。贾德森笔下的 DNA 会「呐喊」会「低语」,威尔金斯 1970 年受访时说得更直:「我看过那张 B 型照片,螺旋就明明白白印在上面,可她断然拒绝看见它。」

这种修辞有学术史上的来历。科学史家 Daston 和 Galison 对 19 世纪「客观性」崇拜的研究指出,早期科学摄影的宣传恰恰是「机械成像没有人的偏见,自然为自己代言」。可实际操作里,让分子「看起来自己说话」需要的恰恰是人的技艺。晶体学家贝尔纳在富兰克林 1958 年去世后的悼文里点破过这一点:她拍出了「有史以来最漂亮的 X 射线照片之一」,而那举重若轻的效果背后是深厚的功力。贝尔纳说的还只是技术。新论文把论点往前推了一步:让照片清晰的技巧只是表层,判断哪一份样品、哪一组湿度条件、哪一次重拍能解开 DNA 结构,需要的知识和判断力,沃森用「她对理论兴趣不大」这句话抹掉的正是这部分。2008 年他还在采访里重复这个说法。社会学里的「玛蒂尔达效应」描述的性别化归因,在这个案例里走完了一整套流程。

从受害者叙事到平等贡献者,再到这一版

为富兰克林正名的工作已经进行过多轮。她 1968 年后的挚友兼同事阿龙·克卢格整理出她的实验笔记,把各张照片的日期一一钉死;安妮·塞尔 1975 年的传记系统反驳了沃森;2023 年 Matthew Cobb 与 Nathaniel Comfort 在《自然》发表文章,给出了「平等贡献者」的定位,走出了此前单纯的「受害者」框架。但同一时期也出现了另一股暗流:把实拍功劳整体让渡给 Gosling 的说法开始流行,Cobb 2025 年的克里克传记里 Photo 51 已经成了「名义上由富兰克林拍摄(实际拍摄者是 Gosling)」;维基百科 Photo 51 词条的第一句现在写的是「由富兰克林的博士生 Gosling 拍摄」,而它引用的文献恰恰是 Sutton 那篇明确写着两人共同完成的论文。

Sponsel 和 Sutton 的版本在这两极之间落点:富兰克林设计了揭示 A、B 两型的整套湿度实验,亲自测算出螺距与碱基堆叠参数,判断出哪张照片值得重拍,并把重拍做到发表级。Gosling 作为研究生参与了全程,暗房师 Freda Ticehurst 和技术人员也贡献了他们的一环,但把 51 号照片说成与富兰克林无关的产物,与说成她看不懂的照片,同样偏离档案。

剩余的证据都还躺在档案馆里。伦敦国王学院档案馆保存着 49B 玻璃底片和那台微相机;费城科学史研究所 2025 年入藏的分子生物学史特藏里,有富兰克林本人收藏、背面用铅笔写着底片编号 867 的 Photo 51 照片;她的 1951 至 1952 年笔记已在惠康信托网站数字化。两张照片隔着七十三年重新对上号,靠的没有别的,就是把当年写下的那几行字再读一遍。


来源:Sponsel & Sutton, "Photograph 49 is the Key to Understanding the History of Rosalind Franklin's DNA Photograph 51", Journal of the History of Biology (2026), DOI: 10.1007/s10739-026-09866-7;Science History Institute 官方新闻稿(2026-10-06);Science 新闻部报道(2026-10-05)。配图:Science History Institute / King's College London Archives,摄影 Alistair Sponsel。