20世纪的科学怪杰：鲍林(42)

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四二

鲍林洗耳恭听。当他在1933年正式申请延长三年的赞助时，他在报告中以显著的位置提到了生物分子。韦弗认为他应该获得赞助，但是由于鲍林几乎没有什么与生物学有关的研究成果，韦弗发现很难让理事会下决心。最后，他把鲍林比作路易·巴斯德，后者在19世纪50年代对化学结构的抽象兴趣最终导致了生物学和医学的重大发现。即使这样，理事会也只批准将赞助延长一年。韦弗心平气和地向鲍林通报了这一消息，告诉他经济状况使长期的资助变得“不明智”，并重申了洛克菲勒基金会的期望：“如果你的研究工作能够直接涉及叶绿素、血红蛋白和其他具有生物学重要意义的物质，那么你的申请将得到优先的考虑。” 　　＊＊＊　　生物学是有趣的，但是鲍林并没有打算围绕它来丰富自己的学术生涯。他的有机化学基础有限，而且这辈子他没有上过一堂生物课。他自信有能力解决几乎任何问题，但是转向生物学将使自己脱离成功的领域，进入一个具有不同预期值的陌生地方，并由另一群科学家来对他的成功作出判断。这将冒很大的风险。另外，他觉得只要再有一点时间和金钱，他很快就能发现决定硫化矿物结构的一般规律。1934年初，他要求美国潘若士基金地质学会资助他的这项研究。　　他被拒绝了，这令鲍林感到意外，觉得这是对自己的研究计划和人格的双重打击。他突然意识到洛克菲勒基金的重要性。鲍林用洛克菲勒基金会的赞助扩建了自己的实验室，而且用这笔钱招募的助手、博士后和研究生促使他养成了一种新的工作风格。首先由他提出新的思想或需要解决的问题，叫学生进行实验，然后帮助他们分析结果并合写论文。这一方式使他走出了实验室，专心于书房，进行他最擅长的理论思维；这扩大了他的研究领域，使他能够对自己感兴趣的课题同时进行思考。他在1934年发表的论文都是合作的，一般的合作者的工资或是使用的实验设备都是洛克菲勒基金提供的。大萧条还远没有结束，也不可能从其他渠道获得大笔资金。　　鲍林追逐着金钱。他写道：“显然，除非我对与生物学有关的化学发生兴趣，我很难继续得到洛克菲勒基金的资助。”他放弃了一部分矿物学的研究工作，把重点转向生物分子。他后来无奈地说：“上述这段经历说明，赞助机构可以影响科学的进程。” 　　§血液　　鲍林在有机化学和生物分子研究方面起步也许是晚了一些，但是一旦开始，他就以他一贯的精力和想象力全力以赴地投入了工作。在理论方面，他和自己的学生韦兰德将他们的共振思想运用到了重要的有机物质结构上，如有机酸中的羧基和不含芳烃的原子团。劳伦斯·布罗克威的电子衍射仪已经开始运转，一系列关于有机小分子结构的论文开始出现，其中一篇描述的是血红蛋白的一个亚层结构。　　血红蛋白是实验室研究的理想对象，这有以下几个原因。首先最重要的，它是肌体中最重要的一类分子。毛发、角质和羽毛，皮肤、肌肉和腱，都是蛋白质，神经和血液的最主要的部分也同样是蛋白质。人们还无法解释的能够催化某些反应的酶是蛋白质；抗体和染色体——携带遗传密码且由蛋白质和核酸纠结而成的物质——的大部分也是蛋白质。蛋白质参与每一种反应，而且是肌体任何一个器官的重要组成部分。人们认为，生命的秘密可以在蛋白质中找到。　　在30年代早期，没有人知道蛋白质的特性，甚至不知道蛋白质看上去是怎么样的。然而，蛋白质是推动生命过程的引擎；那些冷冰冰的化学物质正是在这些分子层次上变成了活动的、会呼吸的有机体。发现韦弗所称的“巨大的蛋白质问题”的秘密将是生命科学计划的最重要的一项内容。　　然而，如果从实际出发，研究蛋白质是一场恶梦。早期的资料显示，它们是巨大的分子，有时候包括几十万个原子——比鲍林解决过的任何分子结构都要复杂得多。它们很难提纯，而且很易变质。只要用酸或碱稍稍进行加热或者处理，就足以改变一个蛋白质的自然形状并使它丧失活性——就是人们所说的“变性”。如同打蛋的经验显示，稍稍用一把叉子搅拌一个蛋清，有时就足以使它变性。　　血红蛋白至少还不至于这样脆弱。从牛或羊的血液里可以容易地得到大量纯净的血红蛋白。它更大的优势是会结晶，这意味着它具有一种规则的、重复的结构。一种物质只要能够结晶，那么至少就有可能通过Ｘ射线衍射来分析它的结构。　　血红蛋白还可以被分解开来，一段一段地进行研究。它是一种与别的非蛋白质结合的蛋白质，在此是与一种称为卟啉的环状分子结合在一起。卟啉又与一个铁原子结合在一起，铁原子又与氧结合在一起，这样，血红蛋白就能把氧带到全身各处。当鲍林在1929年访问哈佛时，科南特就向他介绍了一些自己有关卟啉的研究工作，引起了鲍林的兴趣。卟啉之所以引起人们的兴趣，首先是由于它奇特的形状——由许多小环组成的一个大环——然而更重要的是，它存在于大自然的每一个角落，在植物的叶绿素中和氧结合，在许多动物的血红蛋白中也是它与氧结合。卟啉似乎在分子层次上代表了具有生命普遍意义的分子生物学思想：哪里有生命，哪里就有卟啉，它在不同的有机体中扮演了相似的角色。　　卟啉由四个串成环的吡咯组成。吡咯是一个由单键或双键交替键合的原子环，称为“蛋白质与非蛋白质结合”的结构。鲍林在化学键本质的一篇论文中曾经对这一结构的化学性质作过讨论。要研究血红蛋白，吡咯是一个自然的起点。从这里开始，鲍林可以逐级研究更为复杂的结构：四个吡咯结合在一起组成一个卟啉环；一个卟啉环加上一个铁原子组成一个血色素；每个血色素和一个球状蛋白质组成一个血红蛋白单位；四个血红蛋白组成一个血红蛋白分子。最终的构造大得令人难以想象：一个包含上万个原子的球体。鲍林很快作出结论，这一构造十分复杂，无法直接用Ｘ射线晶体学进行研究，尽管一些受洛克菲勒基金资助的乐观的英国研究人员正打算这样去做。也许他可以把血红蛋白分子分解成其组成部分，弄清楚每一个亚层结构，然后把它们再装配起来。　　鲍林开始阅读能够找到的所有关于血红蛋白的资料，包括一篇深入探讨分子是如何与氧结合的论文。这里有一个谜。研究人员发现，氧与血红蛋白中的四个血色素结合时，它们似乎并非各自为政。结合了第一个氧原子，剩下的三个氧原子就更容易结合，而失去了第一个氧原子，剩下的三个氧原子就更容易失去。血色素之间似乎进行着某种形式的交流。这可以用来解释血红蛋白是如何在肺中搭载氧，又是如何在身体的其他部分卸载氧的，然而分子间的交流难以用化学理论来解释。　　不过，在经过几个星期的思索之后，鲍林想出了一种高明的办法。他设计了一个能够描述前人收集的关于氧原子结合数据的公式，然后对四个血色素之间的各种空间关系进行了数学分析，最后得出了一种符合结合曲线的方向。他说，四个血色素最有可能的方向是在一个平面正方形的四个角上。后来证明他的观点是错误的，但是当他在1935年首次提出这一观点时，引起了血色素研究者中绝大多数医学研究人员和生物化学家的热烈讨论。在这一领域中，他们从未看见过这样的研究方法。显然，一个具有新思路的新天才出现了。　　鲍林发表了自己的观点，向韦弗表明他对待新的研究计划是认真严肃的。但是，他在血红蛋白分子其他研究上的进展并不顺利。他试图将新的Ｘ射线技巧运用到卟啉上去，但很快就发现这种方法十分复杂，难以在短期内见效。鲍林放弃了努力，告诉韦弗他不是那种能花两年时间来对一种化合物进行详尽的晶体分析的化学家。解决血红蛋白结构的问题最终耗费了20年时间，无数次研磨，无数次Ｘ射线照射，并将最终为别人赢得诺贝尔奖。　　鲍林一年的洛克菲勒基金就要到期了，所以他再次申请经费进行更基础的研究工作。对于非生物学的研究工作，韦弗难以保证任何洛克菲勒基金的资助，但是他有一个好主意。他建议鲍林利用潜在的洛克菲勒基金的资助作跳板，争取让密立根拿出五千美元左右来进行基础性研究。自己学校的支持加上鲍林近来在血红蛋白研究上的进展可能会说服洛克菲勒基金会的理事们把赞助延长到三年。鲍林听取了韦弗的建议，并添加了自己的一个威胁：如果密立根不答应的话，他就会接受另一所大学的提议。他得到了每年的五千美元。鲍林发电报告诉韦弗这个好消息；韦弗很快回信说，理事会已投票批准将他每年一万美金的资助再延长三年。

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