روزاليند فرانكلين: عالمة الكريستالوجرافيا بالأشعة السينية وبصيرة الحلزون المزدوج

روزاليند إلسي فرانكلين عالمة وُلدت في الخامس والعشرين من يوليو عام 1920 في لندن، وتوفيت في السادس عشر من أبريل عام 1958 في المدينة ذاتها، فكانت حياتها قصيرة لكنها حافلة بالإنجاز العلمي. وهي كيميائية بريطانية وعالمة كريستالوجرافيا بالأشعة السينية، اتخذت من حيود الأشعة السينية أداة لسبر البنى الجزيئية للمادة. وقد كان لعملها دور محوري في فهم بنى الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والفيروسات والفحم والجرافيت ¹. وتؤكد المصادر العلمية المرجعية هذا الدور نفسه، فتصر على أن مساهماتها شكلت ركيزة أساسية في هذا الحقل ..²

اتسمت فرانكلين بالدقة والصرامة في العمل التجريبي، وكان نهجها الصارم في حيود الأشعة السينية وقياساتها الدقيقة ضروريًا لاكتشاف بنية الحمض النووي ³. وتصفها المصادر بأنها كانت عالمة لامعة، غير أن مساهماتها الأساسية في كشف بنية الحمض النووي غالبًا ما جرى تجاهلها ⁴. ولم يُعترف بشكل كامل بمساهمتها في هذا الاكتشاف إلا بعد وفاتها ¹. ويرجع بعض هذا التأخر إلى أن موتها المبكر حال دون أن تدافع عن سمعتها أو تنال التقدير الذي تستحقه في حياتها ⁵. وقد تزايد الاعتراف بمساهمتها في العقود الأخيرة ..⁵

لم يقتصر نطاق عملها على الحمض النووي وحده، بل امتد إلى الكربون والفيروسات. فقد كان عملها على الفحم والجرافيت مهمًا أيضًا، ونشرت فيه عدة أوراق بحثية ¹، واكتشفت بنية الكربونات الجرافيتية وسلوكها في درجات الحرارة العالية ¹. ثم اتجهت بعد ذلك إلى دراسة الفيروسات، فكشف عملها على فيروس تبرقش التبغ أن جزيئات الفيروس كانت مجوفة وأن غلافه البروتيني مكون من وحدات حلزونية ¹، كما ساهمت في فهم بنية فيروس شلل الأطفال ¹. وهكذا وضع عملها على الفيروسات الأساس لعلم الفيروسات البنيوي الحديث ..¹

وُلدت روزاليند إلسي فرانكلين في 25 يوليو 1920 بلندن، وكانت كيميائية بريطانية وعالمة كريستالوجرافيا بالأشعة السينية، وقد صار لعملها لاحقًا دور محوري في فهم البنى الجزيئية للحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والفيروسات والفحم والجرافيت ¹. أما مسارها التعليمي فقد بدأ في مدرسة سانت بول للبنات، حيث تلقت تعليمها المدرسي الأول قبل أن تنتقل إلى المرحلة الجامعية ¹. وقد التحقت بعد ذلك بكلية نيونهام في كامبريدج، وهناك وجّهت دراستها نحو الكيمياء بوصفها مجالها الأساسي ¹. وأثمر هذا المسار الأكاديمي عن تخرجها من كامبريدج عام 1941 حاملةً تكوينًا علميًا في الكيمياء ..¹

وفي سنة 1947 انتقلت فرانكلين إلى باريس لتعمل في المختبر المركزي للخدمات الكيميائية للدولة، تحت إشراف جاك ميرينغ، الذي كان رائدًا في استخدام حيود الأشعة السينية لدراسة بنية مركبات الكربون ¹. وقد ترك هذا التدريب أثرًا عميقًا في تكوينها العلمي، إذ صقل مهاراتها في تقنيات البلورات بالأشعة السينية ¹. وتجدر الإشارة إلى أن نبوغها اللاحق لم يكن وليد الصدفة، بل كان امتدادًا لتكوين أكاديمي متين جمع بين دراسة الكيمياء النظرية والتطبيقية ¹. وبعد سنوات قليلة، انتقلت إلى إنجلترا لتواصل مسيرتها البحثية في واحدة من أبرز المؤسسات العلمية هناك ..¹

وفي عام 1951 انضمت فرانكلين إلى المختبر البيوفيزيائي في كينغز كوليدج لندن، حيث طبقت طرق حيود الأشعة السينية على دراسة الحمض النووي DNA ¹. وكانت قد رسخت قبل ذلك سمعتها كتجريبية دقيقة يتسم عملها بالدقة والصرامة، وهي صفات لازمتها طوال مسيرتها العلمية ¹. وهناك اكتشفت أن الحمض النووي DNA يمكن أن يوجد في شكلين أطلقت عليهما A وB، وأن الشكل B ينتج عندما يكون الجزيء رطبًا ¹. ولم يقتصر أثرها على مرحلة كامبريدج، بل ظل تكوينها العلمي الأول أساسًا لما تحقق لاحقًا في مختبر كينغز كوليدج ..¹

في عام 1947 انتقلت روزاليند فرانكلين إلى باريس، حيث التحقت بالعمل في المختبر المركزي للخدمات الكيميائية للدولة، وهو مختبر هيّأ لها بيئة بحثية متقدمة في زمن كانت فيه الدراسات البنيوية تشق طريقها بصعوبة. وقد عملت هناك تحت إشراف جاك ميرينغ، الذي كان رائدًا في استخدام حيود الأشعة السينية لدراسة بنية مركبات الكربون، فاكتسبت على يديه خبرة عملية في تقنيات التصوير البلوري وتحليل الأنماط الحيودية. وقد شكلت هذه المرحلة الباريسية نقطة تحول في مسارها العلمي، إذ انتقلت من الكيمياء الفيزيائية إلى عالم الكريستالوجرافيا بالأشعة السينية التي أصبحت أداتها البحثية الأولى لاحقًا.¹

لم يقتصر اهتمام فرانكلين في باريس على التعلم فحسب، بل أنتجت أعمالًا أصلية عن الفحم والجرافيت نُشرت في عدة أوراق بحثية، واكتشفت بنية الكربونات الجرافيتية وسلوكها في درجات الحرارة العالية، وهو إنجاز يؤكد أن فترة تدريبها مع ميرينغ أنضجت قدراتها في ربط القياس التجريبي بالاستنتاج البنيوي. وقد ظل هذا الخيط البحثي حول الكربون حاضرًا في سيرتها العلمية كمحور مستقل عن شهرتها اللاحقة في مجال الأحماض النووية، وأثبت أن مهارتها في قراءة صور الحيود وتحويلها إلى نماذج دقيقة لم تكن وليدة اللحظة بل حصيلة تراكم منهجي.¹

وفي عام 1951 انتقلت فرانكلين إلى لندن لتلتحق بالمختبر البيوفيزيائي في كينغز كوليدج، حيث طبقت ما أتقنته في باريس على دراسة الحمض النووي DNA. وهناك اكتشفت أن هذا الجزيء يمكن أن يوجد في شكلين أطلقت عليهما A وB، وأن الشكل B ينتج عندما يكون الجزيء رطبًا، في حين يكون الشكل A مجففًا. وقد مهدت هذه النتيجة الطريق أمام صور الحيود التي التقطتها لاحقًا للشكل B، والتي قدمت معطيات حاسمة حول البنية الحلزونية للحمض النووي. وهكذا انتقلت من بنية مركبات الكربون إلى بنية الحياة نفسها، حاملة معها صرامة التجريبية التي صقلتها سنوات باريس.¹

كان لعمل روزاليند فرانكلين دور محوري في فهم البنى الجزيئية للحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والفيروسات والفحم والجرافيت، وهي كيميائية بريطانية وعالمة كريستالوجرافيا بالأشعة السينية. وكان عملها على الفحم والجرافيت مهمًا أيضًا، فنشرت عدة أوراق بحثية حول هذا الموضوع، في سياق مسار علمي اتسم بالدقة والصرامة. وقد واكب هذا الجانب من أبحاثها تكوينها العلمي في الكيمياء وانتقالها لاحقًا إلى تطبيق طرق حيود الأشعة السينية على مواد متباينة. ¹

وفي إطار هذا الاهتمام بالمواد الكربونية، اكتشفت فرانكلين بنية الكربونات الجرافيتية وسلوكها في درجات الحرارة العالية، وهو اكتشاف أضاف فهمًا بنيويًا إلى مجال المواد التي كانت موضوع دراستها قبل انصرافها إلى الحمض النووي DNA. ولم يكن هذا العمل منفصلًا عن سيرتها العلمية، إذ ظل الفحم والجرافيت ضمن مجالات العمل التي ارتبطت باسمها إلى جانب الحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والفيروسات. ¹

وتبقى أبحاث فرانكلين على الفحم والجرافيت جزءًا من إسهامها العلمي الأوسع، إلى جانب عملها اللاحق على بنى المواد الحيوية. وقد وثّقت مسيرتها البحثية عبر أوراقها التي تتكون من مراسلات وملاحظات بحثية ودفاتر مختبرية. ويُحفظ جزء من هذه المواد في أرشيف الجمعية الملكية ومؤسسات أخرى، ما يجعل أثرها العلمي موثقًا ومتاحًا للدراسة. ⁶

في عام 1951، انضمت روزاليند فرانكلين إلى المختبر البيوفيزيائي في كينغز كوليدج لندن، حيث طبّقت طرق حيود الأشعة السينية على دراسة الحمض النووي DNA¹. وقد سبق لها أن عملت في باريس منذ عام 1947 في المختبر المركزي للخدمات الكيميائية للدولة تحت إشراف جاك ميرينغ، وهو رائد في استخدام حيود الأشعة السينية لدراسة بنية مركبات الكربون¹. وكانت كيميائية بريطانية وعالمة كريستالوجرافيا بالأشعة السينية، ولعملها دور محوري في فهم البنى الجزيئية للحمض النووي DNA والحمض النووي الريبي RNA والفيروسات والفحم والجرافيت¹. وقد اتسم عملها في هذه المرحلة بالدقة والصرامة، إذ كانت تجريبية دقيقة في تعاملها مع القياسات والصور الشعاعية..¹

في مختبر كينغز كوليدج، اكتشفت فرانكلين أن الحمض النووي DNA يمكن أن يوجد في شكلين أطلقت عليهما A وB، وأن الشكل B ينتج عندما يكون الجزيء رطبًا¹. كما اكتشفت أن الشكل A من الحمض النووي DNA كان مجففًا وأن الشكل B كان رطبًا¹. ولم تكن هذه الملاحظة وصفًا عابرًا، بل قامت على قياسات دقيقة لأبعاد الجزيء، وهي قياسات وُصفت بأنها حاسمة لبناء النموذج الصحيح¹. وقد أشارت بيانات فرانكلين إلى أن العمود الفقري للسكر-الفوسفات يقع على الجزء الخارجي من جزيء الحمض النووي DNA¹، وهو ما أظهرته أيضًا مجموعات الفوسفات على الجزء الخارجي من الجزيء، وكان ذلك اكتشافًا رئيسيًا لنموذج الحلزون المزدوج..³

وإلى جانب ذلك، وجدت فرانكلين أن قطر جزيء الحمض النووي DNA يبلغ حوالي 20 أنغستروم¹، وقدمت صور الحيود بالأشعة السينية التي التقطتها للشكل B، ولا سيما الصورة المعروفة باسم الصورة 51، أدلة حاسمة على البنية الحلزونية للحمض النووي DNA¹. وكانت هذه الصور حاسمة في تأكيد البنية الحلزونية للحمض النووي DNA⁷. وقد التقط الصورة 51 رايموند غوسلينغ في مايو 1952، وهو طالب دكتوراه كان يعمل تحت إشراف روزاليند فرانكلين في كينغز كوليدج لندن⁸، وقدمت الصورة معلومات أساسية حول بنية الحمض النووي DNA بما في ذلك شكله الحلزوني وأبعاده⁸. وقد نشرت فرانكلين نتائجها حول الحمض النووي DNA في سلسلة من ثلاث أوراق في مجلة نيتشر عام 1953، إلى جانب ورقة واتسون وكريك..¹

تُعَدّ «الصورة 51» من أشهر صور الحيود بالأشعة السينية في تاريخ العلم، وهي صورة حيود بالأشعة السينية للحمض النووي التقطها رايموند غوسلينغ في مايو 1952، وهو طالب دكتوراه كان يعمل تحت إشراف روزاليند فرانكلين في كينغز كوليدج لندن ⁸. وقد جاءت هذه الصورة ثمرةً لبرنامج بحثي صارم قادته فرانكلين في المختبر البيوفيزيائي بكينغز كوليدج لندن، حيث طبقت هناك طرق حيود الأشعة السينية على دراسة الحمض النووي ¹. وكانت فرانكلين قد اكتشفت أن الحمض النووي يمكن أن يوجد في شكلين أطلقت عليهما A وB، وأن الشكل B ينتج عندما يكون الجزيء رطبًا، كما اكتشفت أن الشكل A كان مجففًا ¹. وقد تركّز اهتمامها التصويري على الشكل B تحديدًا، فكانت صوره موضع عنايتها الدقيقة ..¹

لم تكن الصورة 51 مجرد تسجيل بصري عابر، بل قدمت معلومات أساسية حول بنية الحمض النووي بما في ذلك شكله الحلزوني وأبعاده ⁸. وقد شكلت هذه الصورة دليلًا حاسمًا على أن الحمض النووي حلزوني، وعلى النموذج الحلزوني المزدوج الذي صاغه جيمس واتسون وفرانسيس كريك ^{2 4}. وقد كانت قياسات فرانكلين لأبعاد جزيء الحمض النووي حاسمة لبناء النموذج الصحيح، إذ وجدت أن قطره يبلغ حوالي 20 أنغستروم ¹. وأظهرت بياناتها أيضًا أن مجموعات الفوسفات كانت على الجزء الخارجي من جزيء الحمض النووي، وكان ذلك اكتشافًا رئيسيًا لنموذج الحلزون المزدوج ..³

وإلى جانب ما كشفته الصورة 51 من أسرار البنية، فإن ظروف تداولها تلقي ضوءًا على مسار الاكتشاف نفسه؛ فقد جرى تشارك بيانات روزاليند فرانكلين، بما في ذلك الصورة 51، مع واتسون وكريك دون علمها أو موافقتها ⁵. ولم يُخبر فرانكلين بأن صورتها قد عُرضت على واتسون، فواصلت عملها على الحمض النووي معتقدة أنها في سباق لحل البنية ⁵. وعلى الرغم من ذلك، ظل عملها في علم البلورات بالأشعة السينية أساسيًا لاكتشاف الحلزون المزدوج، وقد تزايد الاعتراف بمساهمتها في العقود الأخيرة ⁵. ولذلك تُقرأ الصورة 51 اليوم بوصفها شاهدًا مزدوجًا: على دقة المنهج التجريبي، وعلى سؤال الأمانة العلمية في نسبة الفضل إلى أصحابه ..⁵

لم تقتصر مساهمة روزاليند فرانكلين في دراسة بنية الحمض النووي DNA على التصوير بالحيود وحده، بل امتدت إلى القياسات الدقيقة التي وفرت أساسًا كميًا لبناء النموذج الصحيح. فقد أتاح عملها في علم البلورات بالأشعة السينية البيانات التي مكنت واتسون وكريك من استنتاج بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي DNA³. وقد كان نهجها الصارم في حيود الأشعة السينية وقياساتها الدقيقة ضروريًا لهذا الاكتشاف³. وتؤكد المصادر أن صور الحيود بالأشعة السينية التي التقطتها للحمض النووي DNA كانت من أهم الأدلة على الحلزون المزدوج¹، وهي صور قدمت معلومات أساسية حول بنية الحمض النووي DNA بما في ذلك شكله الحلزوني وأبعاده. وهذا التداخل بين الصورة الفوتوغرافية والقياس الرقمي هو ما جعل بياناتها حاسمة لا مجرد إشارة عامة إلى حلزونية الجزيء.⁸

وفي صميم هذه القياسات، خلصت فرانكلين إلى أن قطر جزيء الحمض النووي DNA يبلغ حوالي 20 أنغستروم¹. وكانت قياساتها لأبعاد الجزيء حاسمة لبناء النموذج الصحيح¹، إذ لم يكن ممكنًا التحقق من تماسك النموذج الحلزوني دون أرقام تحدد سعة الجزيء ومسافاته. ويعزز هذا الاستنتاج ما أظهرته بياناتها من أن مجموعات الفوسفات كانت على الجزء الخارجي من جزيء الحمض النووي DNA، وهو اكتشاف رئيسي لنموذج الحلزون المزدوج. فبذلك لم تعد الصورة 51 وحدها دليلًا على الشكل الحلزوني، بل صارت القياسات المترية إطارًا يحدد الأبعاد التي يجب أن يحترمها أي نموذج بنيوي مقبول.³

وقد أشارت بيانات فرانكلين أيضًا إلى أن العمود الفقري للسكر-الفوسفات يقع على الجزء الخارجي من جزيء الحمض النووي DNA¹، وهو ما يتفق مع ما أظهرته من وجود مجموعات الفوسفات في الخارج³. وهذا التوافق بين القياسات المترية والتوزيع الخارجي للمجموعات الفوسفاتية يفسر لماذا كانت دقة فرانكلين التجريبية موضع تقدير في تاريخ الكشف عن البنية. فقد اتسم عملها بالدقة والصرامة، ولم يكن ممكنًا لواتسون وكريك أن يستنتجوا بنية الحلزون المزدوج دون هذه البيانات المحددة للأبعاد والتوزيع الخارجي للمكونات.¹

في عام 1951 انضمت روزاليند فرانكلين إلى المختبر البيوفيزيائي في كينغز كوليدج لندن، حيث طبقت طرق حيود الأشعة السينية على دراسة الحمض النووي DNA، وهناك اكتشفت أن الحمض النووي DNA يمكن أن يوجد في شكلين أطلقت عليهما A وB، وأن الشكل B ينتج عندما يكون الجزيء رطبًا ¹. وقد قدمت صور الحيود بالأشعة السينية التي التقطتها للشكل B، ولا سيما الصورة المعروفة باسم الصورة 51، أدلة حاسمة على البنية الحلزونية للحمض النووي DNA ¹. وقد كانت الصورة 51 صورة حيود بالأشعة السينية للحمض النووي التقطها رايموند غوسلينغ في مايو 1952، وهو طالب دكتوراه تحت إشراف روزاليند فرانكلين في كينغز كوليدج لندن ..⁸

تمت مشاركة بيانات روزاليند فرانكلين، بما في ذلك الصورة 51، مع واتسون وكريك دون علمها أو موافقتها ⁵. ولم يُخبر فرانكلين بأن صورتها قد عُرضت على واتسون، وواصلت عملها على الحمض النووي DNA معتقدة أنها في سباق لحل البنية ⁵. وقد كان عمل روزاليند فرانكلين على بنية الحمض النووي DNA أساسيًا لاكتشاف الحلزون المزدوج ⁹، كما أن عملها في علم البلورات بالأشعة السينية قدم البيانات التي سمحت لواتسون وكريك باستنتاج بنية الحلزون المزدوج للحمض النووي DNA ..³

نُشر نموذج واتسون وكريك للحمض النووي DNA في عام 1953 في مجلة نيتشر ¹. ونشرت فرانكلين نتائجها حول الحمض النووي DNA في سلسلة من ثلاث أوراق في مجلة نيتشر عام 1953، إلى جانب ورقة واتسون وكريك ¹. وقد ظهرت الأوراق الثلاث في نفس العدد من مجلة نيتشر، مع ورقة واتسون وكريك أولًا، تليها أوراق ويلكينز وفرانكلين وغوسلينغ ¹⁰. وقد قدمت ورقة فرانكلين بيانات حيود الأشعة السينية التي دعمت نموذج الحلزون المزدوج ..¹

بعد مغادرتها كينغز كوليدج في عام 1953، انتقلت روزاليند فرانكلين إلى كلية بيركبيك في لندن، حيث وجّهت خبرتها في علم البلورات بالأشعة السينية نحو دراسة بنية الفيروسات، ومنها فيروس تبرقش التبغ. وقد كشف عملها على هذا الفيروس أن جزيئات الفيروس كانت مجوفة، وأن الغلاف البروتيني الذي يحيط بها كان مكونًا من وحدات حلزونية، وهو استنتاج بنيوي دقيق لم يكن ممكنًا دون قياسات حيود موثوقة. ولم يقتصر أثرها في هذا الميدان على نوع فيروسي واحد، إذ قدمت مساهمات مهمة في فهم بنية فيروس تبرقش التبغ وفيروس شلل الأطفال معًا.¹

وتؤكد هذه المرحلة من مسيرتها العلمية أنها لم تكن عالمة كريستالوجرافيا مقتصرة على دراسة الحمض النووي DNA، بل كانت باحثة ذات أفق واسع امتد عملها إلى الفيروسات والفحم والجرافيت، وهي مجالات كان لعملها فيها دور محوري في فهم بنى هذه المواد. وقد ظل نهجها العلمي قائمًا على الدقة والصرامة في التجريب، وهي السمات نفسها التي ميزت قياساتها ونتاجها البحثي في الموضوعات كافة.²

ويكتسب هذا التحول في مسارها البحثي أهمية خاصة عند النظر إلى مصيره العلمي؛ فهي لم تُمنح جائزة نوبل لأنها لا تُمنح بعد الوفاة، وقد توفيت قبل أن تُمنح الجائزة لواتسون وكريك وويلكينز في عام 1962. وعلى الرغم من ذلك، فإن عملها على الفيروسات وضع الأساس لعلم الفيروسات البنيوي الحديث، بما رسّخه من فهم للبنية الجزيئية للفيروسات ولوحداتها البروتينية.⁹

توفيت روزاليند فرانكلين بسرطان المبيض عن عمر يناهز 37 عامًا، وقد يكون سبب إصابتها بالسرطان مرتبطًا بتعرضها المكثف للأشعة السينية أثناء بحثها. ولم يُعترف بشكل كامل بمساهمة فرانكلين في اكتشاف بنية الحمض النووي DNA إلا بعد وفاتها، ويعني موتها المبكر أنها لم تستطع الدفاع عن سمعتها أو تلقي التقدير الذي تستحقه خلال حياتها. ولم تُمنح فرانكلين جائزة نوبل لأنها لا تُمنح بعد الوفاة، وقد توفيت قبل منح الجائزة لواتسون وكريك وويلكينز في عام 1962. وعلى الرغم من مساهماتها الكبيرة، لم تُدرج فرانكلين في جائزة نوبل ¹

مُنحت جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 1962 مناصفةً لفرانسيس هاري كومبتون كريك وجيمس ديوي واتسون وموريس هيو فريدريك ويلكينز لاكتشافاتهم المتعلقة بالبنية الجزيئية للأحماض النووية وأهميتها لنقل المعلومات في المادة الحية، وكان موريس ويلكينز زميلًا لفرانكلين في كينغز كوليدج لندن وشارك جائزة نوبل مع واتسون وكريك. وقد كانت مساهمات فرانكلين في اكتشاف بنية الحمض النووي DNA أساسية ولكن غالبًا ما يتم تجاهلها. ونُشر جزء من عملها حول بنية الحمض النووي DNA بعد وفاتها، وتم الاعتراف بمساهماتها بشكل متزايد ¹¹

تزايد الاعتراف بمساهمة فرانكلين في اكتشاف بنية الحمض النووي DNA في العقود الأخيرة، وتسلط قصتها الضوء على أهمية السلوك الأخلاقي في البحث العلمي والاعتراف بجميع المساهمين. ولا يزال إرث روزاليند فرانكلين مصدر إلهام للنساء في مجال العلوم. وقد كرمت الجمعية الملكية إرث روزاليند فرانكلين من خلال المعارض والموارد التعليمية، كما أطلقت كلية لندن الجامعية اسم روزاليند فرانكلين على أحد مبانيها ومعهد بحثي، وأطلقت كينغز كوليدج لندن اسم مبنى روزاليند فرانكلين تكريمًا لها ⁵