20世紀的科學怪傑：鮑林(42)

四二

　　鮑林洗耳恭聽。當他在1933年正式申請延長三年的贊助時，他在報告中以顯著的位置提到了生物分子。韋弗認為他應該獲得贊助，但是由於鮑林幾乎沒有什麼與生物學有關的研究成果，韋弗發現很難讓理事會下決心。最後，他把鮑林比作路易·巴斯德，後者在19世紀50年代對化學結構的抽象興趣最終導致了生物學和醫學的重大發現。即使這樣，理事會也只批准將贊助延長一年。韋弗心平氣和地向鮑林通報了這一消息，告訴他經濟狀況使長期的資助變得「不明智」，並重申了洛克菲勒基金會的期望：「如果你的研究工作能夠直接涉及葉綠素、血紅蛋白和其他具有生物學重要意義的物質，那麼你的申請將得到優先的考慮。」

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　　生物學是有趣的，但是鮑林並沒有打算圍繞它來豐富自己的學術生涯。他的有機化學基礎有限，而且這輩子他沒有上過一堂生物課。他自信有能力解決幾乎任何問題，但是轉向生物學將使自己脫離成功的領域，進入一個具有不同預期值的陌生地方，並由另一群科學家來對他的成功作出判斷。這將冒很大的風險。另外，他覺得只要再有一點時間和金錢，他很快就能發現決定硫化礦物結構的一般規律。1934年初，他要求美國潘若士基金地質學會資助他的這項研究。

　　他被拒絕了，這令鮑林感到意外，覺得這是對自己的研究計劃和人格的雙重打擊。他突然意識到洛克菲勒基金的重要性。鮑林用洛克菲勒基金會的贊助擴建了自己的實驗室，而且用這筆錢招募的助手、博士後和研究生促使他養成了一種新的工作風格。首先由他提出新的思想或需要解決的問題，叫學生進行實驗，然後幫助他們分析結果併合寫論文。這一方式使他走出了實驗室，專心於書房，進行他最擅長的理論思維；這擴大了他的研究領域，使他能夠對自己感興趣的課題同時進行思考。他在1934年發表的論文都是合作的，一般的合作者的工資或是使用的實驗設備都是洛克菲勒基金提供的。大蕭條還遠沒有結束，也不可能從其他渠道獲得大筆資金。

　　鮑林追逐著金錢。他寫道：「顯然，除非我對與生物學有關的化學發生興趣，我很難繼續得到洛克菲勒基金的資助。」他放棄了一部分礦物學的研究工作，把重點轉向生物分子。他後來無奈地說：「上述這段經歷說明，贊助機構可以影響科學的進程。」

　　§血液

　　鮑林在有機化學和生物分子研究方面起步也許是晚了一些，但是一旦開始，他就以他一貫的精力和想像力全力以赴地投入了工作。在理論方面，他和自己的學生韋蘭德將他們的共振思想運用到了重要的有機物質結構上，如有機酸中的羧基和不含芳烴的原子團。勞倫斯·布羅克威的電子衍射儀已經開始運轉，一系列關於有機小分子結構的論文開始出現，其中一篇描述的是血紅蛋白的一個亞層結構。

　　血紅蛋白是實驗室研究的理想對象，這有以下幾個原因。首先最重要的，它是肌體中最重要的一類分子。毛髮、角質和羽毛，皮膚、肌肉和腱，都是蛋白質，神經和血液的最主要的部分也同樣是蛋白質。人們還無法解釋的能夠催化某些反應的酶是蛋白質；抗體和染色體——攜帶遺傳密碼且由蛋白質和核酸糾結而成的物質——的大部分也是蛋白質。蛋白質參與每一種反應，而且是肌體任何一個器官的重要組成部分。人們認為，生命的秘密可以在蛋白質中找到。

　　在30年代早期，沒有人知道蛋白質的特性，甚至不知道蛋白質看上去是怎麼樣的。然而，蛋白質是推動生命過程的引擎；那些冷冰冰的化學物質正是在這些分子層次上變成了活動的、會呼吸的有機體。發現韋弗所稱的「巨大的蛋白質問題」的秘密將是生命科學計劃的最重要的一項內容。

　　然而，如果從實際出發，研究蛋白質是一場惡夢。早期的資料顯示，它們是巨大的分子，有時候包括幾十萬個原子——比鮑林解決過的任何分子結構都要複雜得多。它們很難提純，而且很易變質。只要用酸或堿稍稍進行加熱或者處理，就足以改變一個蛋白質的自然形狀並使它喪失活性——就是人們所說的「變性」。如同打蛋的經驗顯示，稍稍用一把叉子攪拌一個蛋清，有時就足以使它變性。

　　血紅蛋白至少還不至於這樣脆弱。從牛或羊的血液裡可以容易地得到大量純淨的血紅蛋白。它更大的優勢是會結晶，這意味著它具有一種規則的、重複的結構。一種物質只要能夠結晶，那麼至少就有可能通過Ｘ射線衍射來分析它的結構。

　　血紅蛋白還可以被分解開來，一段一段地進行研究。它是一種與別的非蛋白質結合的蛋白質，在此是與一種稱為卟啉的環狀分子結合在一起。卟啉又與一個鐵原子結合在一起，鐵原子又與氧結合在一起，這樣，血紅蛋白就能把氧帶到全身各處。當鮑林在1929年訪問哈佛時，科南特就向他介紹了一些自己有關卟啉的研究工作，引起了鮑林的興趣。卟啉之所以引起人們的興趣，首先是由於它奇特的形狀——由許多小環組成的一個大環——然而更重要的是，它存在於大自然的每一個角落，在植物的葉綠素中和氧結合，在許多動物的血紅蛋白中也是它與氧結合。卟啉似乎在分子層次上代表了具有生命普遍意義的分子生物學思想：哪裡有生命，哪裡就有卟啉，它在不同的有機體中扮演了相似的角色。

　　卟啉由四個串成環的吡咯組成。吡咯是一個由單鍵或雙鍵交替鍵合的原子環，稱為「蛋白質與非蛋白質結合」的結構。鮑林在化學鍵本質的一篇論文中曾經對這一結構的化學性質作過討論。要研究血紅蛋白，吡咯是一個自然的起點。從這裡開始，鮑林可以逐級研究更為複雜的結構：四個吡咯結合在一起組成一個卟啉環；一個卟啉環加上一個鐵原子組成一個血色素；每個血色素和一個球狀蛋白質組成一個血紅蛋白單位；四個血紅蛋白組成一個血紅蛋白分子。最終的構造大得令人難以想像：一個包含上萬個原子的球體。鮑林很快作出結論，這一構造十分複雜，無法直接用Ｘ射線晶體學進行研究，儘管一些受洛克菲勒基金資助的樂觀的英國研究人員正打算這樣去做。也許他可以把血紅蛋白分子分解成其組成部分，弄清楚每一個亞層結構，然後把它們再裝配起來。

　　鮑林開始閱讀能夠找到的所有關於血紅蛋白的資料，包括一篇深入探討分子是如何與氧結合的論文。這裡有一個謎。研究人員發現，氧與血紅蛋白中的四個血色素結合時，它們似乎並非各自為政。結合了第一個氧原子，剩下的三個氧原子就更容易結合，而失去了第一個氧原子，剩下的三個氧原子就更容易失去。血色素之間似乎進行著某種形式的交流。這可以用來解釋血紅蛋白是如何在肺中搭載氧，又是如何在身體的其他部分卸載氧的，然而分子間的交流難以用化學理論來解釋。

　　不過，在經過幾個星期的思索之後，鮑林想出了一種高明的辦法。他設計了一個能夠描述前人收集的關於氧原子結合數據的公式，然後對四個血色素之間的各種空間關係進行了數學分析，最後得出了一種符合結合曲線的方向。他說，四個血色素最有可能的方向是在一個平面正方形的四個角上。後來證明他的觀點是錯誤的，但是當他在1935年首次提出這一觀點時，引起了血色素研究者中絕大多數醫學研究人員和生物化學家的熱烈討論。在這一領域中，他們從未看見過這樣的研究方法。顯然，一個具有新思路的新天才出現了。

　　鮑林發表了自己的觀點，向韋弗表明他對待新的研究計劃是認真嚴肅的。但是，他在血紅蛋白分子其他研究上的進展並不順利。他試圖將新的Ｘ射線技巧運用到卟啉上去，但很快就發現這種方法十分複雜，難以在短期內見效。鮑林放棄了努力，告訴韋弗他不是那種能花兩年時間來對一種化合物進行詳盡的晶體分析的化學家。解決血紅蛋白結構的問題最終耗費了20年時間，無數次研磨，無數次Ｘ射線照射，並將最終為別人贏得諾貝爾獎。

　　鮑林一年的洛克菲勒基金就要到期了，所以他再次申請經費進行更基礎的研究工作。對於非生物學的研究工作，韋弗難以保證任何洛克菲勒基金的資助，但是他有一個好主意。他建議鮑林利用潛在的洛克菲勒基金的資助作跳板，爭取讓密立根拿出五千美元左右來進行基礎性研究。自己學校的支持加上鮑林近來在血紅蛋白研究上的進展可能會說服洛克菲勒基金會的理事們把贊助延長到三年。鮑林聽取了韋弗的建議，並添加了自己的一個威脅：如果密立根不答應的話，他就會接受另一所大學的提議。他得到了每年的五千美元。鮑林發電報告訴韋弗這個好消息；韋弗很快回信說，理事會已投票批准將他每年一萬美金的資助再延長三年。

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