20世纪的科学怪杰鲍林-第71章

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痹谠擞玫腦光照片是对DNA的两种形式混合体拍摄的，几乎已没有什么价值。第三个因素是他过于自负了，他根本就没有想到DNA需要他全力以赴去研究。在与佩鲁茨和布拉格交谈后，他好像已经了解到，克里克和沃森在DNA结构问题上显露了一次身手，但是失败了；他也清楚地知道，威尔金斯正在煞费苦心地研究这一个问题。但是，他认为，这些人未必是他竞争的对手。是啊，他们怎么有能力与他竞争呢？许多事实已经证明，他是世界上唯一能解决大生物分子问题的一个人。
　　“我一直在想，我迟早会找到DNA的结构的，”鲍林说。“这只不过是一个时间问题而已。”
　　鲍林错过了查看富兰克林所摄照片的机会，于9月回到加州理工学院。他又马上投入了研究工作，以期最后完成对更高层次螺旋结构的研究。“现在，蛋白质结构的研究工作已经进入非常令人振奋的阶段，”他写道。“我很难不把自己的全部时间花在这个问题上，别的事情也就顾不过来了。”他找到了一种方式，使阿尔法螺旋本身就可以扭曲，就像一股纱线缠绕在一个手指上那样，形成克里克提到过的那样一种呈盘绕状的线圈，而且，这种形式可以显示阿尔法螺旋本身无法看到的X光反射现象。接下去，他又向前迈出一步，为这些盘绕状的线圈设想了相互缠绕的方式，因而可以形成股数各不相同的索带。他在10月份发表了这些新的想法。
　　但是，在此之前，克里克已经通过鲍林的儿子彼得了解到这些想法。彼得是在1952年秋天到达剑桥的，身份是肯德鲁实验室的研究生。那年他才21岁，生性活泼，爱玩。他很快就爱上了佩鲁茨的“互稗”姑娘厄娜，对肌红蛋白结构的研究却不那么放在心上——“性子有点野，”这是克里克对他的评价。彼得不久就同克里克和沃森，还有他们办公室的新伙伴杰里·多诺胡混得很熟了。多诺胡也是从加州理工学院移居此地的，曾为鲍林工作了好几年，后来争取到了古根海姆奖学金而于秋天来到了这里。
　　他们的办公地点成了剑桥和帕萨迪纳之间进行非正式学术交流的一个中心。彼得和多诺胡都与鲍林保持着通讯联系，因此，在办公室里进行的交谈，对于克里克和沃森来说，至少也是一星半点地了解鲍林想做什么事情的一个信息源。比方说，鲍林曾在给儿子的信中谈到，他正在认真地探索天然角蛋白的结构，这种物质也是由一股股缠绕着的螺旋构成的。当彼得将这一点告诉克里克时，克里克头脑中首先想到的是，鲍林剽窃了他与鲍林在一起乘车时自己不经意流露出来的想法。克里克马上又重振旗鼓，开始作出新的努力。经过几个月时间，他终于解决了最后几道数学难关。10月22日，他向《自然》杂志寄去了一篇简短的注记，概括地说明了自己的想法。杂志编辑部收到这篇注记的时间，正好比收到鲍林在同一课题上撰写的一篇较长的手稿迟了几天。
　　不过，克里克在这篇短文的封面上附上了一个说明，意思是要求迅速发表他这篇文章。在一般情况下，注记比长篇论文发表要快一些，因此，克里克的注记发表的时间比鲍林的论文早得多。在几个星期的时间里，大西洋两边发生了双方都标榜自己是首创者的争吵。后来，还是卡文迪什的研究人员作出了让步，承认鲍林的一整套想法远比克里克的想法更深入。至于鲍林，看到克里克的短文见诸刊物时，并没有感到吃惊，只是有一点恼火，责怪《自然》杂志没有同时刊出这两篇文章。最后，双方达成了君子协定，承认两个人各自独立地得到了相同的结果。
　　这不过是一个小小的插曲而已。具有重大意义的是，承认阿尔法螺旋的最后一个重要障碍终于被清除了。时值深秋，鲍林已经确信，他的结构及其各种各样盘绕线圈的排列方式，同样适用于头发、兽角和指甲中的基本物质。他对羽毛结构也有了新的认识。许多球蛋白存在阿尔法螺旋的证据也与日俱增。到了11月下旬，鲍林感到，他对阿尔法螺旋的信念已得到完全的证实，阿尔法螺旋已被证明是血红蛋白、血清白蛋白、胰岛素、胃蛋白酶、溶菌酶和十多种其他球蛋白结构的主要形态，他在给一位同事的信中高兴地写道：“事实上，现在已发现，所有研究过的球蛋白都以阿尔法螺旋作为其结构的主要形态。”
　　美丽的结构
　　但是，阿尔法螺旋此时已不再是人们一度认为的那种惊人的发现。这是方法论上的一个突破，是对鲍林所采用的随机研究的方法进行的一次检验，也是一系列重大成果的重要组成部分。不过，正如鲍林所说，归根到底，阿尔法螺旋不过是“一种结构的形态”。看来，这是一种稳定的排序方式，借助于这一方式，就可设想多肽链具有怎样的结构。分子生物学家冈瑟·斯登特后来说道：“不管鲍林的成果是多么巨大，阿尔法螺旋的发现并不会马上使人想到关于蛋白质的许多新的概念，比方说，蛋白质是怎样发挥作用的，它到底是由哪些成分组成的，等等。这一发现似乎没有引导人们去做许许多多颇有新意的实验，也没有为人们的想象留下广阔的空间。”
　　此时，鲍林心里已经明白，真正的收获，或者说，生命的真正奥秘，在于DNA。正是这个问题成了他下一步考虑的焦点。
　　1952年11月25日，从英国回来后三个月，鲍林出席了加州理工学院举办的一次生物学讨论班。讲课人是伯克利教授罗勃利·威廉姆，他用电子显微镜干出了一些令人吃惊的事情。举例来说，他运用一种复杂的技术，可以拍摄到极为微小的生物结构。这可使鲍林着了迷。从威廉姆拍摄的一张照片上，可以看到核糖核酸钠的扭结长链的图形。这是具有核酸形式的盐类，其阴影区显示了三维立体的详细情况。引起鲍林特别注意的是，这些链明显地呈现出圆柱的形状：它们并不是平面的带状结构，而是一段段细细的长管。在讨论班这个四面遮光的教室里，鲍林一面观看着这些幻灯片，一面在猜想，DNA很可能也是一个螺旋，因为其他构想不但与阿斯特贝里的分子X射线图不合，而且与他现在看到的照片也不符。更妙的是，威廉姆甚至能够在他的照片上估算出有关结构的尺寸，根据他的计算，每股链的直径约为15埃。鲍林对此非常有兴趣，要求威廉姆重述一下这一个数字。威廉姆确认了这一数据的正确性，同时还说明了他在获得这一精确数字时所碰到的困难。威廉姆显示的分子还不是DNA，而是一个分子的近亲——这就促使鲍林陷入了沉思。
　　第二天，鲍林坐在办公桌旁，手持一支铅笔和一把计算尺，桌上是一札书写纸。根据那年夏天从亚历山大·托德的实验室获得的新数据，可以确定DNA中糖和磷酸之间连接点的位置；另外一些研究工作则表明了它们是在什么地方与碱基连接的。鲍林根据自己先前的研究，确信不同大小的碱基必定位于分子的外侧，磷酸则处在分子的内侧。现在，他已经知道，分子很可能呈螺旋状。这些结论就是他对DNA进行初步观察的出发点。这是他研究DNA结构的第一次尝试，还没有把握自己到底能走出多远，其中有一个特别的原因，就是他对DNA碱基一糖一磷酸结构的精确尺寸和铸角大小仍缺乏明确无误的数据，不过，观察一下还是值得的。
　　为了确定分子量和每一循环段轴向距离的期望值，鲍林很快就进行了一些有关的计算。阿斯特贝里的照片表明，每隔3。4埃就有一次强烈的反射——根据鲍林的计算，这大约等于他对纤维方向上一个核酸片段所估计尺度的三倍。三条不同的核酸构成循环组，这种可能性很小；三链结构似乎更容易解释不断循环的现象。他计算了密度，表明如果有三条链，那么它们就一定要紧密地捆绑在一起，因为只有这样才能符合观测到的分子量数据。不过，这还是可能的。在鲍林研究DNA时所用的第一页纸上，他一共作了五行简单的计算，他写道：“也许我们得到的是三链结构。”
　　随后，他又马上迷上了这样一种想法：三条链相互缠绕在一起，磷酸处于中央的位置。他一面画草图，一面作计算，很快就发现，这样做，沿着纤维的方向，将无法像阿尔法螺旋那样形成氢键将缠绕的链固定下来。要是没有氢键，那么是什么东西维系着分子的形状呢？他看到，有一个地方可形成氢键，那就是穿过分子的中央，从磷酸到磷酸。这是一种出人意料的想法，不过还有其他事情似乎需要想清楚。鲍林在作了整整六页计算后，写道：“注意，每条链每转过一圈，大约有3个残基，一共有3条链互相紧密地缠绕着，在各个Po4之间是用若干氢键连接起来的。”唯一的问题在于，分子的中央好像没有足够的空间，因为在那里各个磷酸是紧挨在一起的。当夜，他只好放下手中的铅笔了。
　　三天以后，他又回到了这一个问题。根据阿斯特贝里的数据，DNA相对来说是一种比较紧密的分子，因此中央部分是包裹得严严实实的。试图将三条链中的磷酸全部挤压到阿斯特贝里确定的狭小空间里，就像是把童话中灰姑娘后母所生妹妹的双脚硬要伸到灰姑娘的一只玻璃舞鞋里一样，无论如何是办不到的。“排列成柱状的Po4为什么相互挤压得这么紧密呢？”他绝望地写道。要是阿斯特贝里对距离的估计值能放大一点，那就万事大吉了。但是，鲍林不能这么干，因为他不能偏离阿斯特贝里的数据太厉害。随后，鲍林又尝试着让磷酸四面体作一点变形，让几条边变得短一些，另外几条边加长些，再来看一看是否装得下。看上去情况要好一点，但仍然办不到。鲍林只得又一次停了下来。
　　接下来，鲍林吩咐一名助手去化学系资料室查一查有关的文献，只要是核酸的X光晶体衍射的资料就全部收集起来。除了阿斯特贝里和挪威晶体学家斯文·弗伯格的工作外，并没有多少资料可参考。斯文·弗伯格曾在伯纳尔的指导下工作过，他曾发现DNA中碱基的方向是与糖的方向垂直的。任何资料都没有详细说到嘌呤或嘧啶的结构，更不要说是核酸的结构了。
　　12月2日，鲍林再次对这一课题发起了冲击。满满九页纸上全是图形和算式。他苦苦地思考着，得到了某种似乎是可能的想法。“我让磷酸尽可能地挤压在一起，又尽量让它们变形，”他在草稿纸上记下了这样的话。尽管有些磷酸中的氧在分子中央挨得非常近，彼此之间不那么宽松，但是它们装配起来的方式还是无懈可击的。此外，鲍林还看到，最中间的氧挤压在一起，构成了几乎是完美无缺的八面体形状，这是晶体学中最基本的形态之一。其构造极为紧密，各个零件都排列得井井有条，因此，这种结构必定是正确的。这离开他第一次坐下来研究这一问题还不到一周。
　　第二天，鲍林兴奋地给一位同事写信：“我现在认为，我们已经为核酸分子找到了完整的结构。”在接下来的几周时间里，每天上午他都要从他在克莱林实验室的二楼办公室走到舒梅克的办公室。“他的情绪很激动，”舒梅克回忆道。鲍林迫不及待地向这位年轻人滔滔不绝地介绍了自己的思想，扯着嗓子谈论自己的思路，一面还不断地核对和修改自己的模型。他开始与科里合作，旨在详细地刻画这一精细的结构。
　　然而，麻烦又来了。科里对原子的位置作了认真的计算，表明处于中心位置的氧实际上挨得太近，无法装配在一起。12月初，鲍林重新开始扭曲和挤压这个磷酸八面体。有人向他提了这样一个问题，也就是利用他这个模型，怎样才能创造出一个DNA的钠盐，其中带正电的钠离子像设想的那样依附在带负电的磷酸上。在他这个挤压得严严实实的核中，已经没有钠盐的容身之处，是不是？鲍林不得不承认，他无法找到适当的方式来装入这些离子，不过，他以后会把思路理得更清楚。除了这一点以外，其他结果还是应当肯定的。利用克里克的数学公式对这一设想的结构作计算，可以表明，他这个螺旋模型与大多数X光数据是符合的。当然，并不是所有数据都符合。舒梅克也独立地尝试了一些模型，而且还找到了一种扭曲磷酸多面体的方法，使其中的磷酸不那么拥挤，但是，鲍林一时也找不到理由改变他的想法。处于核心的磷酸天衣无缝地团聚在一起，不可能不正确。
　　在鲍林的头脑中，其中心问题在本质上可以归结为涉及到磷酸结构化学特性的问题。他想，DNA的生物学意义以后一定会搞清楚；要是结构是正确的，那么生物学上的重要性自然会