È essenziale che il materiale genetico sia in grado di fare copie esatte di se stesso; altrimenti la crescita produrrebbe disordine, la vita non potrebbe originare, e le forme favorevoli non sarebbero perpetuate dalla selezione naturale.
Maurice Hugh Frederick Wilkins era un biofisico britannico nato in Nuova Zelanda e premio Nobel il cui lavoro di ricerca ha spaziato su molteplici aree della fisica e della biofisica, contribuendo alla comprensione scientifica della fosforescenza, della separazione isotopica, della microscopia ottica e della diffrazione dei raggi X, e allo sviluppo del radar. È noto soprattutto per il suo lavoro presso il King's College di Londra sulla struttura del DNA.
Il lavoro di Wilkins sul DNA si divide in due fasi distinte. La prima è stata nel 1948-50, quando i suoi studi iniziali hanno prodotto le prime immagini chiare di raggi X del DNA, che ha presentato a una conferenza a Napoli nel 1951 alla quale ha partecipato James Watson. Durante la seconda fase, 1951-52, Wilkins ha prodotto immagini chiare della forma "B" a forma di "X" da sperma di calamaro, immagini che ha inviato a James Watson e Francis Crick, causando a Watson di scrivere "Wilkins... ha ottenuto fotografie di diffrazione dei raggi X estremamente eccellenti".
Nel 1953, la collega di Wilkins Rosalind Franklin ha ordinato a Raymond Gosling di consegnare a Wilkins un'immagine di alta qualità della forma "B" del DNA Foto 51, che aveva realizzato nel 1952 ma aveva "messo da parte" mentre stava lasciando il King's College di Londra. Wilkins l'ha mostrata a Watson. Questa immagine, insieme alla consapevolezza che Linus Pauling aveva proposto una struttura scorretta del DNA, "ha mobilitato" Watson e Crick a ricominciare la costruzione di modelli. Con informazioni aggiuntive dai rapporti di ricerca di Wilkins e Franklin, ottenute tramite Max Perutz, Watson e Crick hanno descritto correttamente la struttura a doppia elica del DNA nel 1953.
Wilkins ha continuato a testare, verificare e apportare significative correzioni al modello DNA di Watson-Crick e a studiare la struttura dell'RNA. Wilkins, Crick e Watson hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina nel 1962, "per le loro scoperte riguardanti la struttura molecolare degli acidi nucleici e il suo significato per il trasferimento di informazioni nel materiale vivente".
Primi anni e istruzione
Wilkins è nato a Pongaroa, Nuova Zelanda, dove suo padre, Edgar Henry Wilkins, era un medico. La sua famiglia proveniva da Dublino, dove i suoi nonni paterni e materni erano rispettivamente Preside della Scuola Superiore di Dublino e Capo della Polizia. I Wilkins si trasferirono a Birmingham, Inghilterra quando Maurice aveva 6 anni. Successivamente, ha frequentato il Wylde Green College e poi la King Edward's School, Birmingham dal 1929 al 1934.
Wilkins è andato al St John's College, Cambridge nel 1935. Ha studiato il Natural Sciences Tripos specializzandosi in Fisica, e ha ricevuto una laurea in Arti. Mark Oliphant, che era uno dei docenti di Wilkins al St. John's, era stato nominato alla Cattedra di Fisica presso l'Università di Birmingham, e aveva nominato John Randall al suo staff. Wilkins è diventato uno studente di dottorato di Randall presso l'Università di Birmingham. Nel 1945, hanno pubblicato quattro articoli nei Proceedings of the Royal Society sulla fosforescenza e i difetti elettronici. Wilkins ha ricevuto un dottorato per questo lavoro nel 1940.
Carriera e ricerca
Anni del dopoguerra: 1945-50
Durante la Seconda Guerra Mondiale Wilkins ha sviluppato schermi radar migliorati a Birmingham, quindi ha lavorato sulla separazione isotopica al Manhattan Project presso l'Università della California, Berkeley durante gli anni 1944-45.
Nel frattempo, Randall era stato nominato alla Cattedra di Fisica presso l'Università di St Andrews. Nel 1945, nominò Wilkins come Assistente Lettore nel suo dipartimento presso l'Università di St Andrews. Randall stava negoziando con il Medical Research Council MRC per istituire un laboratorio per applicare i metodi sperimentali della fisica ai problemi della biologia. La combinazione di queste discipline come biofisica era un'idea nuova. L'MRC ha detto a Randall che questo doveva essere fatto in un'altra università. Nel 1946 Randall è stato nominato Professore di Fisica Wheatstone, responsabile dell'intero dipartimento di Fisica al King's College di Londra, con i finanziamenti per istituire un'Unità di Biofisica. Ha portato con sé Wilkins come Direttore Assistente dell'unità. Hanno nominato un team di scienziati formati sia nelle scienze fisiche che biologiche. La "filosofia gestionale" era quella di esplorare l'uso di molte tecniche in parallelo, per trovare quali sembravano promettenti, e poi concentrarsi su queste. Wilkins, come lo scienziato con la più varia esperienza di fisica e Direttore Assistente dell'unità, aveva la supervisione generale dei vari progetti oltre al coinvolgimento diretto nei suoi progetti di ricerca personali che includevano nuovi tipi di microscopia ottica. Il King's College ha ricevuto finanziamenti per costruire completamente nuovi Dipartimenti di Fisica e Ingegneria dove i vault sotto il livello della Strand del cortile del College erano stati distrutti da bombe durante la Guerra. L'Unità di Biofisica, diversi altri gruppi di fisica sperimentale e il gruppo teorico iniziarono a trasferirsi nei primi mesi del 1952. I laboratori furono aperti formalmente da Lord Cherwell il 27 giugno. L'articolo di Wilkins per Nature descriveva entrambi i dipartimenti, coerente con il suo ruolo di leadership e il prestigio all'interno del collegio nel complesso.
DNA - Fase Prima
Al King's College, Wilkins ha perseguito, tra le altre cose, il lavoro di diffrazione dei raggi X su sperma di montone e DNA che era stato ottenuto da timo di vitello dallo scienziato svizzero Rudolf Signer. Il DNA dal laboratorio di Signer era molto più intatto del DNA che era stato precedentemente isolato. Wilkins ha scoperto che era possibile produrre sottili filamenti da questa soluzione concentrata di DNA che contenevano array altamente ordinati di DNA adatti alla produzione di modelli di diffrazione dei raggi X. Utilizzando un gruppo di questi filamenti di DNA attentamente raggruppati e mantenendoli idratati, Wilkins e uno studente laureato Raymond Gosling hanno ottenuto fotografie a raggi X del DNA che mostravano che la lunga e sottile molecola di DNA nel campione da Signer aveva una struttura regolare, simile a un cristallo in questi filamenti. Gosling ha detto in seguito "Quando... ho visto per la prima volta tutti quei punti di diffrazione discreti ...emergere sulla pellicola nel piatto di sviluppo era un vero momento eureka....abbiamo capito che se il DNA era il materiale genetico allora avevamo appena dimostrato che i geni potevano cristallizzarsi!" Questo lavoro iniziale di diffrazione dei raggi X al King's College è stato fatto a maggio o giugno del 1950. È stata una delle fotografie di diffrazione dei raggi X scattate nel 1950, mostrata a una riunione a Napoli un anno dopo, che ha suscitato l'interesse di James Watson per il DNA causandogli di scrivere "all'improvviso mi sono entusiasmato della chimica.....ho iniziato a chiedermi se fosse possibile per me unirmi a Wilkins nel lavoro sul DNA". In quel momento Wilkins ha anche presentato Francis Crick all'importanza del DNA. Crick gli ha consigliato di lavorare sulle proteine dicendo a Wilkins "quello che dovresti fare è trovarti una buona proteina". Wilkins sapeva che i giusti esperimenti sui filamenti di DNA purificato avrebbero richiesto un'attrezzatura a raggi X migliore. Wilkins ha ordinato un nuovo tubo a raggi X e una nuova microcamera. Ha anche suggerito a Randall che la prossima Rosalind Franklin da nominare dovrebbe essere riallocata dal lavoro su soluzioni proteiche per unirsi allo sforzo del DNA.
Entro l'estate del 1950 Randall aveva organizzato una borsa di ricerca triennale che avrebbe finanziato Rosalind Franklin nel suo laboratorio. Franklin era in ritardo nel completare il suo lavoro a Parigi. Alla fine del 1950, Randall ha scritto a Franklin per informarla che piuttosto che lavorare su proteine, avrebbe dovuto approfittare del lavoro preliminare di Wilkins e che avrebbe dovuto fare studi di diffrazione ai raggi X di fibre di DNA realizzate dai campioni di DNA di Signer.
Rosalind Franklin arriva al King's College
All'inizio del 1951 Franklin finalmente è arrivato. Wilkins era via in vacanza e ha perso una riunione iniziale a cui Raymond Gosling ha rappresentato lui insieme ad Alex Stokes, che, come Crick, avrebbe risolto la matematica di base che rende possibile una teoria generale su come le strutture elicoidali diffrangono i raggi X. Nessun lavoro era stato fatto sul DNA nel laboratorio per diversi mesi; il nuovo tubo a raggi X giaceva inutilizzato, in attesa di Franklin. Franklin ha finito con il DNA da Signer, Gosling è diventato suo studente di dottorato, e aveva l'aspettativa che il lavoro di diffrazione ai raggi X del DNA fosse il suo progetto. Wilkins è tornato al laboratorio aspettandosi, d'altra parte, che Franklin sarebbe stata sua collaboratrice e che avrebbero lavorato insieme al progetto del DNA che aveva iniziato.
Lo stile gestionale di Randall causa confusione e tensione
La confusione sui ruoli di Franklin e Wilkins in relazione allo sforzo del DNA che successivamente si è trasformata in una considerevole tensione tra loro è chiaramente attribuibile a Randall. Nella sua lettera di nomina ha detto a Franklin "per quanto riguarda lo sforzo sperimentale ai raggi X, al momento ci sarete solo tu e Gosling". Tuttavia, Randall non ha mai informato Wilkins della sua decisione di dare a Franklin la responsabilità esclusiva dello sforzo del DNA e Wilkins ha appreso della lettera solo anni dopo la morte di Franklin. Ha scritto in seguito "La mia opinione è molto chiara: che Randall ha avuto molto torto nel scrivere a Rosalind dicendo che Stokes e io volevamo fermare il nostro lavoro sul DNA, senza consultarci. Dopo che Raymond è stato molto dannoso per lei e per me".
Fase DNA due 1951-52
Nel novembre del 1951, Wilkins aveva prove che il DNA nelle cellule così come il DNA purificato aveva una struttura elicoidale. Alex Stokes aveva risolto la matematica di base della teoria della diffrazione elicoidale e pensava che i dati di diffrazione dei raggi X di Wilkins indicassero una struttura elicoidale nel DNA. Wilkins ha incontrato Watson e Crick e ha detto loro dei suoi risultati. Questa informazione da Wilkins, insieme alle informazioni aggiuntive ottenute da Watson quando ha sentito Franklin parlare della sua ricerca durante una riunione di ricerca del King's College, ha stimolato Watson e Crick a creare il loro primo modello molecolare del DNA, un modello con i backbone fosfato al centro. Dopo aver visto il modello della struttura proposta, Franklin ha detto a Watson e Crick che era sbagliato. Franklin si è basato su due osservazioni. Primo, gli esperimenti di J.M. Gulland hanno mostrato che i gruppi CO- e NH2 delle basi non potevano essere titolati, e quindi erano probabilmente inaccessibili. Secondo, le prove cristallografiche hanno mostrato che le unità strutturali del DNA erano progressivamente separate dall'aggiunta di acqua, portando alla formazione di un gel e poi di una soluzione. Franklin credeva che la spiegazione più semplice di questo fosse che la parte idrofila della molecola fosse all'esterno. Crick ha cercato di convincere Wilkins a continuare con ulteriori sforzi di modellazione molecolare, ma Wilkins non ha adottato questo approccio.
All'inizio del 1952, Wilkins ha iniziato una serie di esperimenti su sperma di seppia che erano molto incoraggianti. "Ho...ottenuto schemi molto più chiari dell'anno precedente.....quando ho incontrato Bragg per caso gli ho mostrato lo schema molto chiaramente ha offerto forti prove di una struttura elicoidale per il DNA....i nitidi schemi di sperma erano molto ispiratori, e avevano il particolare interesse che gli spermatozoi erano oggetti vivi reali e non solo DNA purificato estratto da chimici da materiale vivente". Wilkins era particolarmente interessato a se i campioni viventi avrebbero potuto produrre schemi di diffrazione ai raggi X significativi - i suoi risultati hanno dimostrato che potevano.
Durante il 1952, Franklin si è anche rifiutata di partecipare agli sforzi di modellazione molecolare e ha continuato a lavorare su un'analisi dettagliata passo dopo passo dei suoi dati di diffrazione ai raggi X sintesi di Patterson. Entro la primavera del 1952, Franklin aveva ricevuto il permesso da Randall di chiedere di trasferire la sua borsa di studio in modo che potesse lasciare il King's College e lavorare nel laboratorio di John Bernal al Birkbeck College, sempre a Londra. Franklin è rimasta al King's College fino a metà marzo 1953.
Linus Pauling aveva pubblicato una struttura proposta ma scorretta del DNA, facendo lo stesso errore di base che Watson e Crick avevano commesso un anno prima. Alcuni di coloro che lavoravano sul DNA nel Regno Unito temevano che Pauling avrebbe rapidamente risolto la struttura del DNA una volta riconosciuto il suo errore e mettesse i backbone delle catene nucleotidiche all'esterno di un modello di DNA. Dopo marzo 1952 Franklin si è concentrata sui dati ai raggi X della forma A del DNA meno idratato mentre Wilkins ha cercato di lavorare sulla forma B idratata. Wilkins era svantaggiato perché Franklin aveva tutto il buon DNA. Wilkins ha ottenuto nuovi campioni di DNA, ma non era buono come il campione originale che aveva ottenuto nel 1950 e che Franklin ha continuato a usare. La maggior parte dei suoi nuovi risultati erano per campioni biologici come cellule di sperma, che suggerivano anche una struttura elicoidale per il DNA. Nel luglio 1952 Franklin ha riferito a lui e a Stokes che i suoi ultimi risultati l'hanno resa dubitare della natura elicoidale della forma A.
All'inizio del 1953 Watson ha visitato il King's College e Wilkins gli ha mostrato un'immagine di alta qualità dello schema di diffrazione ai raggi X della forma B, ora identificato come fotografia 51, che Franklin aveva prodotto nel marzo 1952. Wilkins ha mostrato questa immagine prodotta da Franklin senza notificare o ricevere l'autorizzazione dal ricercatore principale che ha prodotto l'immagine. Con la consapevolezza che Pauling stava lavorando sul DNA e aveva presentato un modello di DNA per la pubblicazione, Watson e Crick hanno montato uno sforzo concentrato più per dedurre la struttura del DNA. Attraverso Max Perutz, il suo supervisore di tesi, Crick ha ottenuto l'accesso a un rapporto di progresso dal King's College che includeva informazioni utili da Franklin sulle caratteristiche del DNA che aveva dedotto fro
