20世紀的科學怪傑：鮑林(87)

八七

　　不過，鮑林完全可以放心，他知道布拉格仍然不懂如何正確地玩這一場隨機性遊戲。布拉格在1950年的論文中，在對蛋白質結構進行猜測時，並沒有從化學特性方面施加足夠的限制來充分縮小思考的範圍。舉例來說，這位英國人顯然不相信肽鏈一定要保持剛硬和平直，他們設想的模型幾乎都可以發生扭轉或彎曲，鮑林認為這是不可能的事——這也是為什麼他們設想會有二十種而不是只有幾種可能性的一個原因。另一方面，他們都附上了鮑林認為不必要的一個限制。在卡文迪什的這個研究小組認為，他們的螺旋模型中完整的每一圈所含的氨基酸數目必定是一個整數——很可能是3或4。

　　哈金斯在他1943年的論文中也曾犯過這一個錯誤，認為這是一個整數。其思維方法是，既然蛋白質螺旋結構經歷了結晶的過程，那麼其基本的重複單元——也即所謂的空間組合——就一定會顯示出一種可以用整數來描述的對稱性。由於阿爾法角蛋白螺旋結構被認為是由完整的一圈組成的，那麼，沿著鏈向上不斷重複，借助於空間組合對稱性這種思維方法，認為每一圈中氨基酸個數是整數，也就理所當然了；這樣，每一圈都應當在氨基酸骨架的同一相位點上開始和結束。

　　但是，對鮑林來說，這並非是顯而易見的事。他在牛津大學折疊他的紙質螺旋模型時，注意力集中在化學原理上，並沒有留意結晶的圖式。他草草擬想出來的模型並沒有涉及到每一圈中氨基酸個數是不是整數的問題。然而，一旦想到這一點，他卻怎麼也看不出為什麼非此就不可。在讀了布拉格的1950年論文後，他開始想起，有關這個整數的結論，與30年代蛋白質研究人員對「魔幻數」的癖好有著千絲萬縷的聯繫。正是相信這種美妙整數的錯誤導致林奇陷入了怪圈而不能自拔。鮑林認為，自然界不是以那樣的方式運作的，未必按數學方程的要求創造出各種生命體；自然界比這要懶散得多，更具有機會主義的意味——自然界喜歡用最簡便的方式行進，這種方式需要的能量最少——這也是建立最穩定的化學結構所採用的方式！

　　布拉格研究組並沒有搞到這一頂桂冠，但是他們的論文卻使鮑林重新聚精會神地回到了競賽的跑道上。兩年以前從英國回來時，蛋白質曾經是他最為優先考慮的課題，他曾吩咐幾位研究人員加緊這一方面的研究：科裡及其同事在氨基酸和小型縮氨酸的結構研究方面仍然處於世界領先的地位，他們的研究結果證實了鮑林關於肽鍵是平直的思想；科裡還和一個研究小組對一種完整的球狀蛋白——溶菌酶作了研究，他們將其切割成細小的片段，在色譜圖上予以分隔，一一進行研究；鮑林指示研究人員將汞那樣的常見重元素的原子摻入蛋白質鏈，以便於進行Ｘ光分析；另有一名新同事傑克·科克沃德使用了泰氏電泳儀，搜集球狀蛋白的電荷分佈和一般特性的有關信息。

　　1948年與1949年之交的冬天，物理學客座教授赫爾曼·布蘭遜來訪，鮑林安排他詳盡地考察一下蛋白質螺旋結構到底有哪些可能的模型，「看一看我是否遺漏了什麼。」這種模型必須滿足鮑林提出的兩個條件：肽鍵是平直的，氫鍵數取最大值。重要的是，鮑林撤去了布拉格研究組附加的一個條件。他對布蘭遜說，我們沒有足夠的理由可以相信，螺旋結構的每一圖中氨基酸個數一定是一個整數。布蘭遜在懷恩巴姆（此時他尚未受到作偽證的指控）的幫助下，利用自己掌握的數學知識，使用極為精確的建模設備，開始工作起來，就螺旋結構的課題，構造了幾十種不同的模型。

　　此時，鮑林將注意力轉到了其他事情上。他於1949年1月開始擔任美國化學學會主席，政治活動佔用他的工作時間更多了。關於鐮狀細胞貧血症的研究已經開花結果。在1949年末和195M初的幾個月裡，鮑林花費了大量功夫，並利用上述成果作為起跳點，企圖在分子學層面上一舉攻克諸如癌症和心臟病那樣的醫學問題。「我感到很有把握，將醫學研究更加緊密地與基礎科學最先進的前沿成果聯繫起來，就一定能在戰勝疾病方面取得長足的進步，」他這樣寫道，「而要做到這一點，唯一的途徑是將醫學研究看作為推進基礎科學實驗活動的一個必不可少的組成部分。」他希望創造一種場所，讓依泰諾那樣的年輕醫學博士能基於對分子作用的認識採取一種新的醫學研究方法。為此，他開始規劃建造一幢新的大樓，這幢大樓中將設置一個醫療化學實驗室。這個實驗室將是介於他的克萊林化學實驗室和比德爾的科克霍夫生物學實驗室之間的前沿陣地，工作人員也將來自這兩個方面。他打算用新的視角開展醫學研究。

　　1950年1月，在比德爾的幫助下，鮑林向洛克菲勒基金會正式提議建造這樣一個場所。但是，韋弗給他當頭潑了一盆冷水，聲言生物學和化學首先應當加強自身的研究，用不到去開闢新的戰場。再說，資助建造大樓，這也不屬基金會的業務範圍。那年春天，鮑林和比德爾花了好幾個星期寫信，奔波於紐約的街頭巷尾，尋求其他基金會和醫藥公司的贊助——例如，他們要求克萊斯吉基金會資助150萬美元——但是，他們的要求全都落空了。這兩位加州理工學院的學者發現，慈善家們和醫生們一樣，誰都顧不上花一點時間去瞭解一下分子型疾病的概念，這些人甚至認為「醫療化學」是一個「混淆視聽」的術語——不但有含混不清之弊，而且有危言聳聽之嫌。他們只肯給加州理工學院研究組一些小額短期資助。

　　無望取得資助，鮑林只能回過頭來繼續研究蛋白質螺旋結構。在此之前的秋天，布蘭遜和懷恩巴姆經過一年時間的研究，得到這樣一點結論：蛋白質只有兩種螺旋結構——鮑林在牛津時曾經考慮過其中的一種——不但能滿足氫鍵最大化和肽鍵平直性這兩個條件，而且能使各個原子相互靠近而不重疊。在螺旋的每一圈中，兩種結構中比較緊密的一種大約有3.7個氨基酸，比較鬆散的一種有5.1個氨基酸。鮑林已經清楚，蛋白質只可能有兩種螺旋結構，但他仍然不想將其公之於眾。還是他早在英國時就看到的老問題：大多數學者認為，螺距是螺旋結構的一個重要參數，阿爾法角蛋白經Ｘ光反射所得數據是5.1埃。但是，這兩種螺旋結構都與這一數據不符。布蘭遜和懷恩巴姆的研究工作證實，鮑林此時正在思考的那種比較緊密的螺旋結構，很可能就是角蛋白的結構，螺距卻是5.4埃。「我非常堅定地認為，這種結構應當符合Ｘ光的有關數據，」鮑林回憶說，「因此，我決定再等一等。」

　　但是，布拉格的研究小組設想的螺旋結構之一，也即每圈有4個氨基酸的那種結構，已經非常接近于鮑林知道的那種含有3.7個氨基酸螺旋結構。鮑林感到，他們遲早會修正自己的研究方法。1950年春，鮑林再次將全部身心投入蛋白質研究。他全面考察了科裡新近關於蛋白質可能結構所作的系統分析，並用線、球、杆等實物製作有關結構的模型。他在加州理工學院的一個車間裡用木頭雕刻出一種嶄新鮮豔的模型，代表原子的是一些球體，每個球上都標明了範德瓦爾斯半徑，在其側面則按有許多小孔，以便於各個球體之間的連接。整個模型看上去就像一團團肥皂泡一樣——因而有填補空間的模型之稱。這是鮑林的又一創新，後來成了成千上萬個化學實驗室和課堂的標準教具。在製作模型的過程中，鮑林嚴格地遵循了自己為蛋白質結構所作的規定，確保所有可能的氫鍵無一遺漏，每一肽鍵都保持平直的狀態，各個構件之間都不存在人為張緊的應力，原子之間也沒有彼此擠壓太緊的情況。

　　這樣，鮑林和科裡運用模型證實了蛋白質兩種螺旋結構在化學上是完全可行的。這一次，他們還得到了一些新的啟示——可以用某種方式拉伸其中的一種結構，借此即可說明這種結構具有緞帶的特性。不過，儘管他們作了如此精細的修飾，仍然存在著一個令人困惑的難題：蛋白質的兩種基本結構中較為緊密的那一種，也就是鮑林相信就是角蛋白結構的那一種，仍然不能解釋用Ｘ光反射得到的5.1埃這一個數據。根據鮑林的理論結構，可以預測是5.4埃的反射。這兩個數據之差——等於一個氫原子寬度的六分之——也就成了鮑林摘取揭示蛋白質結構桂冠第一人這一殊榮的唯一障礙。這一障礙也許比美國科羅拉多大峽還要難以逾越。

　　1950年夏秋兩季，鮑林一直受到布登茲的控告和來自加州理工學院內部的調查，但是，他仍然繼續著這一問題的研究，試圖弄清楚其他一些蛋白質的結構。1950年9月，鮑林得知，他從前的學生（也是林奇的信徒）戴維·哈克在歐文·朗繆爾的支持下，正在建造一家「東海岸實驗室」，專門進行蛋白質結構的研究，並且獲得了大筆資助。這事大大增強了鮑林的緊迫感，競爭變得更加激烈了。他需要更加努力地工作。為此，他開始使用一種駕馭夢中活動而設計出來的方法。從上床熄燈到實際成眠這段時間裡，在頭腦裡不斷翻騰那些使他最為困惑的問題。他發現，運用這一方法，他的潛意識可以通宵達旦地繼續研究有關的問題。在他的夢境裡，蛋白質螺旋結構不斷地翻滾和旋轉，時隱時現，飄忽不定。這種方法也使他有可能不做那些受到政治迫害的惡夢。

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