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弗朗西斯·克里克

英國分子生物學家、生物物理學家、神經科學家，脫氧核糖核酸結構的共同發現者

弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克 OM FRS（英语：Francis Harry Compton Crick，1916年6月8日—2004年7月28日），英国生物学家、物理学家及神经科学家。他最重要的成就是1953年在剑桥大学卡文迪许实验室与詹姆斯·沃森共同发现了脱氧核糖核酸（DNA）的双螺旋结构，二人也因此与莫里斯·威尔金斯共同获得了1962年诺贝尔生理及医学奖，获奖原因是“发现核酸的分子结构及其对生物中信息传递的重要性”[1] 。克里克在2004年因大肠癌病逝于美国加州。他的同事克里斯托夫·科赫曾感叹道：“他临死前还在修改一篇论文；他至死仍是一名科学家”[2]。

弗朗西斯·克里克1962年诺贝尔生理学或医学奖得主
Francis Crick
弗朗西斯·克里克
出生(1916-06-08)1916年6月8日
 英国北安普敦郡韦斯顿法弗尔（英语：Weston Favell）
逝世2004年7月28日(2004岁—07—28)（88岁）
 美国加利福尼亚州圣地牙哥
居住地 英国
国籍 英国
母校伦敦大学学院
剑桥大学
米尔·希尔学校（英语：Mill Hill School）
知名于DNA结构、意识
奖项诺贝尔生理学或医学奖（1962年）
科学生涯
研究领域分子生物学
机构索尔克生物研究所
博士导师马克斯·佩鲁茨
签名

生平

早期

 
卡文迪许实验室入口

弗朗西斯·哈利·康普顿·克里克是哈利·克里克（Harry Crick、1887年至1948年）和安妮·伊丽莎白·克里克（Annie Elizabeth Crick、1879年至1955年）夫妇的第一个儿子。他在北安普顿附近的Weston Favell出生及成长，当时克里克的父亲和叔叔在此经营鞋厂。他的祖父沃尔特·德布里吉·克里克（Walter Drawbridge Crick、1857年至1903年）是一位业馀博物学家，曾撰写一份有孔虫（单细胞原生生物）报告，并与查尔斯·达尔文互相讨论[3] 。

弗朗西斯·克里克在幼年时被科学所吸引。他在大约12岁时因为喜欢科学研究胜过宗教信仰[4]，所以他不想再进入教堂。他曾就读于北安普顿文法学校（Northampton Grammar School），14岁后则于伦敦米尔·希尔学校（英语：Mill Hill School）学习数学、物理与化学。他在1933年7月7日获得沃尔特·诺克斯化学奖。

克里克于21岁时获得了伦敦大学学院物理学士学位[5]。克里克后来未能进入剑桥大学学习，可能是因为他们认为他的拉丁文水准不足。克里克后来成为剑桥大学冈维尔与凯斯学院博士研究生和荣誉院士，主要于卡文迪什实验室、医学研究理事会（MRC）剑桥分子生物学实验室工作。他也是剑桥大学丘吉尔学院及伦敦大学学院的荣誉院士。

克里克在伦敦大学学院的博士研究项目是测量水在高温下的粘度（他描述为“最乏味的问题” ），指导教授为爱德华·安德拉德。第二次世界大战爆发（特别是在不列颠战役中）后，他的实验设施遭到炸弹摧毁[6] 。

他于第二次世界大战期间曾在金钟研究实验室进行研究。当时许多著名的科学家都在这里工作，包括大卫·贝滋（David Bates）、罗伯特·博伊德（ Robert Boyd）、乔治·迪肯（George Deacon）、约翰·冈恩（John Gunn）等人，他​​的工作也包含磁学和声学水雷研究，并设计新的水雷来有效地打击德国扫雷舰[7]。

第二次世界大战之后

1947年，克里克开始学习生物，成为一位将研究重心从物理转移到生物研究的科学家。这种转变可能是受到物理学家的影响，例如约翰·兰德尔，他发明雷达持续发展来赢得战争。克里克认为学习物理的经验教导他重要的观念，因为物理学已经获得了巨大的成就，其他的科学应该也有可能得到很大的进展，例如生物学。克里克认为这种态度鼓励他要比典型的生物学家更加大胆，倾向于关注艰钜的生物学问题，而不是物理过去的成功经验。

克里克与医学研究理事会合作，同时在剑桥Strangeways实验室工作，进行细胞质物理特性研究。他后来加入卡文迪什实验室，与马克斯·佩鲁茨、约翰·肯德鲁一起研究。当时威廉·劳伦斯·布拉格领导卡文迪什实验室，他曾于1915年以25岁之龄获得诺贝尔物理学奖。布拉格卡文迪什实验室领导击败美国化学家莱纳斯·鲍林，首先发现DNA结构。卡文迪什实验室同时与伦敦大学国王学院竞争，当时约翰·兰德尔领导伦敦大学国王学院生物物理学系。兰德尔拒绝弗朗西斯·克里克在国王学院工作。弗朗西斯·克里克和国王学院的威尔金斯成为朋友，影响到后来的科学活动，就像克里克和詹姆斯·沃森之间的亲密友谊一样。

1977年，克里克离开剑桥，到美国大学任教。

1976年，加入沙克研究所，研究重心由分子生物学，转向人类神经科学与大脑意识的研究。

去世

克里克于2004年7月28日在圣地牙哥加利福尼亚大学桑顿医院拉霍亚大学因大肠癌而去世，他的骨灰最后撒向太平洋。索尔克研究所在2004年9月27日于加利福尼亚州圣地牙哥举行公众悼念仪式，演讲嘉宾包括詹姆斯·沃森、西德尼·布伦纳、亚历克斯·瑞奇（Alexander Rich）、他的儿子麦克·克里克（Michael Crick）及小女儿杰奎琳·尼科尔斯（Jacqueline Nichols）等人[8]。私人悼念会2004年8月3日于举行。

生物研究

 
詹姆斯·沃森与弗朗西斯·克里克共同提出DNA双螺旋形结构

克里克对生物学中的两个问题很感兴趣：一，分子如何从无生命的物质变成生物；二，大脑如何产生思想。他后来意识到他所受到的教育很适合成为一名生物物理学家。当时，克里克受到了很多来自一些著名物理学家，例如鲍林和薛定谔等人的影响[9] 。理论上，共价键可以将生物分子连接起来，成为基因的基础。但是实际上，生物学家们仍然需要知道到底是哪个分子使得整个结构具有生命。对于克里克来说，只要将达尔文从自然选择所创造出的演化论及孟德尔在基因方面所进行的研究一起汇集起来，就能获得生命的秘密[10]。不过当他意识到自然地形成生命有多么困难时，他说：“一个诚实的人，不管知道多少，也只能说生命的起源几乎是一个奇迹，因为有多少条件需要具备啊！”总之他称自己为“强烈倾向于无神论的怀疑论者”[11]。

当时许多生物学家已经意识到，像蛋白质这样的高分子很有可能是基因的基础物质[12] 。但是，蛋白质只是结构性和功能性的高分子，并且很多又是酶。1940年代中，生物学家们已经开始发现另一种高分子：脱氧核糖核酸，这是染色体另一个重要的结构，有可能是基因的根源。奥斯瓦尔德·埃弗里及他的同事发现，细菌可以替基因添加DNA分子而造成基因表现型的不同[13]。可是也有证据说明DNA和生物学家的目标无关；DNA可能只是给更重要的蛋白质分子提供基本的框架而已。正在这时，克里克在1949年参加了剑桥大学马克斯·佩鲁茨的研究小组，开始利用X射线来研究蛋白质结晶[14]。此种研究，在理论上，提供了科学家很好的机会来彻底明白大型分子的结构，可是实际上又有太多的技术问题，使得利用X射线在当时并不适合研究分子结晶[14]。

X射线结晶学

克里克自己学习了X射线结晶学的数学理论基础[15]。在这段时间内，剑桥大学的研究员正在尝试着确认蛋白质的最稳定的螺旋链模型—α螺旋。鲍林是第一个发现α螺旋中氨基酸：旋转=3.6的比例的科学家[16]。克里克自己目睹了他同事在研究α螺旋中所犯的错误，并在研究DNA的结构中成功地避免了类似的情景。

双螺旋结构

 
DNA磷酸骨架的图示。沃森和克里克首先制作了螺旋模型，其中磷酸骨架位于螺旋的中心。

1951年，克里克与威廉斯·科克伦（William Cochran）及泛德（Vladimir Vand）一起推出了螺旋形分子的X射线衍射的数学理论[17]。从这个数学理论得出的结果和认为含有α螺旋的蛋白质的X射线实验结果正好吻合[18]。此结果在1952年的一期自然杂志里出版。螺旋体衍射理论对研究DNA的结构很有帮助。

从1951年底开始，克里克开始与沃森一起在英国剑桥大学的卡文迪许实验室里工作。他们利用伦敦国王学院的科学家莫里斯·威尔金斯、雷蒙德·葛斯林及富兰克林等人的X射线衍射的实验结果，一起提出了DNA的螺旋形结构模型，并在1953年发表研究结果[19]。

 
克里克与沃森发现的DNA结构

当沃森来到剑桥时，35岁的克里克仅是一名研究生，而23岁的沃森已经有了博士学位，可他们都对分子结构如何储存遗传信息的这个问题很感兴趣。他们不断地讨论着，认为他们有可能能猜到一个好的、可以解释这个问题的分子结构。1951年11月，威尔金斯与他的学生雷蒙德·葛斯林（Raymond Gosling）来到了剑桥大学，并且提供沃森和克里克一项非常重要的实验结果，那就是威尔金斯和他的同事亚历山大·斯托克斯（Alexander Stokes），最近从DNA的X射线衍射的实验结果意识到DNA的结构必定是螺旋形的。他们的实验结果和富兰克林后来的一堂课鼓励沃森和克里克继续研究螺旋形的分子结构，但是因为他们（特别是沃森）认为鲍林有可能会抢在他们前面发表研究结果[20]，所以在匆忙中发布一个错误的模型。他们的积极性受到了一定的打击；几个月来，他们并没有在这方面做太多的研究。就在这时，富兰克林发现并指出了他们的错误－DNA里亲水的磷酸盐应该位在螺旋表面，而疏水的碱性部分应该位在螺旋内部；而在他们的模型中，磷酸盐位在螺旋的内部，显然是不正确的。

克里克向威尔金斯描述了他们原本模型的错误，并请他与富兰克林继续帮助沃森和克里克研究DNA的分子结构。威尔金斯向他们提供了最新的、还没有发表的X射线衍射图像；富兰克林也在1952年向他们提供了她对这些图像所做的分析（这些分析后被包括在她交给伦敦国王大学的兰德尔的一份实验报告里)。这份信息进一步地巩固了他们对双螺旋、反平行的分子模型的信心。

克里克在1952年初曾经让格里菲斯试着利用基本化学原理和量子力学计算一下不同的核苷酸之间的吸引力。格里菲斯的结果显示鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）互相吸引，而腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）同样也是同一对。此时克里克并没有意识到此结果的重要性。1952年底，查戈夫来到英国与沃森和克里克见面，并告知他们他的新发现，也就是查戈夫法则（也称碱基当量规则）[21]。这条法则内含两个比例：鸟嘌呤（G）与胞嘧啶（C）的比例为1：1，腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的比例也为1：1，与格里菲斯的计算结果相同。沃森后来突然意识到，A:T这一对和C:G这一对的结构很相似，它们都一样长，且每一对里的两个分子都是由氢键连起来的。沃森及克里克在综合查戈夫等人的发现后完成DNA分子结构的研究。

沃森及克里克在1953年4月25日首次在《自然杂志》公布研究结果。卡文迪许实验室主任劳伦斯·布拉格爵士1953年5月14日于伦敦盖兹医学院进行演讲，里奇·考尔德在1953年5月15日于《伦敦新闻纪事报》发表一篇文章，描述该场演讲内容。《纽约时报》于隔天进行报导，探讨克里克的生平，文章标题为“沃森及DNA：创造一次科学革命”。剑桥大学在校生报纸《Varsity》也于1953年5月30日星期六发布短篇文章。1962年，沃森、克里克及威尔金斯因为DNA研究被授予诺贝尔医学奖[22]。

分子生物学

 
胶原蛋白三螺旋形结构

1954年，37岁的克里克完成博士论文：“X-射线晶体学：肽及蛋白质”，并获得博士学位。克里克然后在纽约科技大学的实验室工作，他在那里继续进行蛋白质X射线晶体学的分析研究，主要目标是核糖核酸酶与蛋白质生物合成机制。

克里克在发现DNA双螺旋结构模型后，他将焦点迅速转向生物学结构所具有的意义。1953年，沃森和克里克于《自然杂志》发表另一篇文章：“它似乎可能是携带遗传资讯代码的基础程序”[23]。

1956年，克里克与沃森推测出小病毒的内部结构，认为球形病毒是由60个相同亚基所组成，例如番茄丛生矮化病毒[24]。

他在纽约短暂工作后，克里克又回到剑桥大学，直到1976年为止。克里克在这段期间搬到加州定居。克里克与亚历山大合作，使用X射线衍射来进行研究，例如胶原蛋白结构[25]。

俄罗斯科学家乔治·伽莫夫组织一群科学家，针对RNA进行研究。克里克清楚的意识到，必须有一个短序列的核苷酸代码来指定一个特定的氨基酸在新蛋白质中形成。1956年，克里克为伽莫夫的RNA研究小组撰写一篇有关的遗传密码问题的论文[26]。克里克在这篇文章中，提出蛋白质是由大约20个氨基酸所合成的证据。

在1950年代中期至后期之间，克里克持续研究蛋白质的合成。到了1958年，克里克已经可以列出所有的蛋白质合成过程中的关键程序[27]。

佛朗西斯·克里克于1957年9月的一个实验生物学研讨会上，提出分子生物学中心法则（Central Dogma）。实际上，于1956年10月，他写了一篇题为“关于蛋白质合成的想法”的笔记，共有2页。该文件的第二句话是“中心法则：”一旦信息进入蛋白质，它就不能再出现了。这里的信息，是指氨基酸残基，或与其相关的其他序列的序列。”这个说法在1957年9月的讲座中反复提到了好几次，并且也出现1957年10月他发在美国《Scientific America》关于核酸的文章中。并于1970年在《自然杂志》中重申： 分子生物学的中心法则旨在详细说明连串信息的逐字传送，它指出遗传信息不能由蛋白质转移到蛋白质或核酸之中[28]。

DNA → RNA → 蛋白质

对于克里克来说，清楚地存在四种信息传递：DNA→DNA（DNA复制），DNA→RNA（蛋白质合成的第一步），RNA→蛋白质（蛋白质合成的第二步）和RNA→RNA它们自己。有两个步骤 （图中的虚线） 没有证据，但克里克认为是可能的：DNA→蛋白质（这意味着RNA不参与蛋白质合成）和RNA→DNA（结构上可能的，但是当时没有发现相关的生物功能）。

由于缺乏证据和缺乏生物化学机制，克里克认为是不可能的三个信息流动同样令人震惊。这些是蛋白质→蛋白质，蛋白质→RNA，最重要的是蛋白质→DNA。这就是克里克的意思，当他说，一旦信息从DNA进入蛋白质，它就无法从蛋白质中脱离出来并回到遗传密码中。这就是著名的中心法则。

争议

生物学家南希·霍普金斯表示，1960年代时她还是大学生时，弗朗西斯·克里克曾经到她的实验室，将手放在她的胸部[29]。她说：“在我可以抬起手和他握手之前，他已经穿过房间站在我后面，将手放到我胸部问说：‘你在做什么研究呢？’” [30]。

私生活

弗朗西斯·克里克一生曾结过2次婚，育有3个子女，共有6个孙子[31][32]。

逸事

1953年3月19日，弗朗西斯·克里克发现DNA双螺旋结构时，写了一封七页的信给其子麦可。

2013年，他的家人，将此封家书交由纽约佳士得拍卖会，包括佣金在内，以六百多万美金（约台币一亿八千万，人民币三千七百万）的价格卖出，成为有史以来拍卖价格最高的书信。部份所得捐助索尔克生物研究所。

参考文献

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  2. ^ Shermer, Michael. Astonishing Mind: Francis Crick 1916–2004. Skeptics Society. 30 July 2004 [25 August 2006]. （原始内容存档于2013-06-25）. 
  3. ^ Darwin, Charles. On the Dispersal of Freshwater Bivalves. Nature. 1882, 25 (649): 529–30. Bibcode:1882Natur..25R.529D. doi:10.1038/025529f0. 
  4. ^ Crick, Francis. What Mad Pursuit: a Personal View of Scientific Discovery. Basic Books reprint edition. 1990: 10. ISBN 0-465-09138-5.  — "I remember telling my mother that I no longer wished to go to church".
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  10. ^ Page 25 of What Mad Pursuit by Francis Crick.
  11. ^ Crick, Francis. What Mad Pursuit: a Personal View of Scientific Discovery. Basic Books reprint edition. 1990: 10. ISBN 0-465-09138-5.  — Crick described himself as agnostic, with a "strong inclination towards atheism".
  12. ^ Page 32 of What Mad Pursuit by Francis Crick.
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相关书籍

  • John Bankston, Francis Crick and James D. Watson; Francis Crick and James Watson: Pioneers in DNA Research (Mitchell Lane Publishers, Inc., 2002) ISBN 978-1-58415-122-7.
  • Bill Bryson; A Short History of Nearly Everything (Broadway Books, 2003) ISBN 978-0-7679-0817-7.
  • Soraya De Chadarevian; Designs For Life: Molecular Biology After World War II, CUP 2002, 444 pp; ISBN 978-0-521-57078-7.
  • Roderick Braithwaite. ""'Strikingly Alive', The History of the Mill Hill School Foundation 1807-2007; published Phillimore & Co. ISBN 978-1-86077-330-3
  • Edwin Chargaff; Heraclitean Fire, Rockefeller Press, 1978.
  • S. Chomet (Ed.), "D.N.A. Genesis of a Discovery", 1994, Newman- Hemisphere Press, London
  • Dickerson, Richard E.; "Present at the Flood: How Structural Molecular Biology Came About", Sinauer, 2005; ISBN 978-0-87893-168-2.
  • Edward Edelson, "Francis Crick And James Watson: And the Building Blocks of Life"' Oxford University Press, 2000, ISBN 978-0-19-513971-6.
  • John Finch; 'A Nobel Fellow On Every Floor', Medical Research Council 2008, 381 pp, ISBN 978-1-84046-940-0.
  • Hager, Thomas; "Force of Nature: The Life of Linus Pauling", Simon & Schuster 1995; ISBN 978-0-684-80909-0
  • Graeme Hunter; Light Is A Messenger, the life and science of William Lawrence Bragg (Oxford University Press, 2004) ISBN 978-0-19-852921-7.
  • Horace Freeland Judson, The Eighth Day of Creation. Makers of the Revolution in Biology; Penguin Books 1995, first published by Jonathan Cape, 1977; ISBN 978-0-14-017800-5.
  • Errol C. Friedberg; "Sydney Brenner: A Biography", pub. CSHL Press October 2010, ISBN 978-0-87969-947-5.
  • Torsten Krude (Ed.); DNA Changing Science and Society (ISBN 978-0-521-82378-4) CUP 2003. (The Darwin Lectures for 2003, including one by Sir Aaron Klug on Rosalind Franklin's involvement in the determination of the structure of DNA).
  • Brenda Maddox Rosalind Franklin: The Dark Lady of DNA, 2002. ISBN 978-0-00-655211-6.
  • Robert Olby; The Path to The Double Helix: Discovery of DNA; first published in October 1974 by MacMillan, with foreword by Francis Crick; ISBN 978-0-486-68117-7; revised in 1994, with a 9-page postscript.
  • Robert Olby; Oxford National Dictionary article: ‘Crick, Francis Harry Compton (1916–2004)’, Oxford Dictionary of National Biography, Oxford University Press, January 2008.
  • Robert Olby; "Francis Crick: Hunter of Life's Secrets", Cold Spring Harbor Laboratory Press, ISBN 978-0-87969-798-3, published on 25 August 2009
  • Matt Ridley; Francis Crick: Discoverer of the Genetic Code (Eminent Lives) first published in June 2006 in the US and then in the UK September 2006, by HarperCollins Publishers; 192 pp, ISBN 978-0-06-082333-7.
  • Anne Sayre. 1975. Rosalind Franklin and DNA. New York: W.W. Norton and Company. ISBN 978-0-393-32044-2.
  • James D. Watson; The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA, Atheneum, 1980, ISBN 978-0-689-70602-8 (first published in 1968) is a very readable firsthand account of the research by Crick and Watson. The book also formed the basis of the award winning television dramatization Life Story by BBC Horizon (also broadcast as Race for the Double Helix).
  • James D. Watson; The Double Helix: A Personal Account of the Discovery of the Structure of DNA; The Norton Critical Edition, which was published in 1980, edited by Gunther S. Stent: ISBN 978-0-393-01245-3.
  • James D. Watson; "Avoid boring people and other lessons from a life in science" New York: Random House. ISBN 978-0-375-41284-4, 366pp.
  • Maurice Wilkins; The Third Man of the Double Helix: The Autobiography of Maurice Wilkins ISBN 978-0-19-860665-9.


外部链接

 
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