四十年前,英国医学研究委员会在剑桥建立了一个旨在“研究生物系统的分子结构”的研究小组,后来,它成了一个硕果累累的实验室。

1936年9月,我从奥地利的维也纳启程,来到英国的剑桥卡文迪什实验室,跟从约 · 贝纳尔D. Bernal)做X射线晶体学的哲学博士研究生。到了那儿,我遇到的不是贝纳尔,而是一批怀着歹意和疑问的目光注视着我的人。我父亲曾告诫我,千万不可向英国人提及个人私事的问题。因此,当我首先面对的发问仅是“你的宗教信仰是什么”的时候,我着实被怔住了。我回答说:“是罗马天主教。”那位先生冲着我吼道:“难道你不知道教皇是一个残忍的俭子手?”我承认我不知道庇护十一世是新一代的亚力山大 · 波吉亚(Alexander Borgia)。不过,我愣了半晌缓过劲来发现,这位发问者并非英国人,而是美国人,名叫依赛道 · 凡库钦(Isidor Fankuchen),是美国纽约州布鲁克林的一位犹太教徒的儿子,一位自学成才的无神论者。他身肥体胖,为人热情朴实,但好妒忌、热心肠,可行为鲁莽笨拙,就像贝纳尔本人及其跟随者一样,他是一个虔诚的共产主义者,并且还不遗余力地驱使我皈依他(唯一可信)的信条。不过,在那段时期里,他也教给了我一些有用的晶体学知识。他对教皇的斥责,归咎于教皇对西班牙内战时期的佛朗哥将军的支持。

反之,我是个资本主义者,因为我父亲为了我在剑桥的学习,给了我500英镑。这些钱能支付我在大学二年零一个学期的全部生活费用和学习费用。后来贝纳尔从国外旅行归来,我请他给我一个生物学的研究课题,但是由于他没有任何生物学方面的晶体样品,所以,他要我改变方向来作一些乏味的硅酸盐矿物断片的研究工作。这正是一个遗憾,因为贝纳尔和多萝茜 · 克鲁福特(Dorothy Crowfoot)的胃蛋白酶研究工作,已经打开了通向晶体蛋白质的X射线分析的大门。为获得蛋白质晶体的X射线衍射图像,所有早先的努力都失败了,因为当时人们采用的是干晶体和大后障,这种大后障把蛋白质晶体所给出的不完整衍射图像给掩盖了。

贝纳尔在学习矿物学时,接受的是老式的剑桥教育。他用他的那架带有旋转尼科尔棱镜的古董岩相显微镜,观察到了悬浮在硫酸铵溶液中呈现出双折射现象的胃蛋白酶晶体,而当他将这些晶体在载玻片上干燥后,晶体的双折射即消失、晶体也裂毁。干晶体的X射线照片所显示的只是一个模糊的黑色图像。所以,他用晶体的母液将晶体吸入一个薄壁的可透紫外线的玻璃杯中,再拍摄照片。这样,他和多萝茜 · 克鲁福特(后来是霍奇金(Hodgkin))发现了成百个伸展至原子间距离的映像。

贝纳尔是至今我所遇到的人中最善口才的一位,他曾对我说,在他还是一个孩子的时候,他常常一天读一本书。由于他无事不知,而且对于从物理学到历史的任何问题,他都有独到的见解,所以我们称他为“圣人”。他给大学生开的晶体学课程,涉及面很广,对我们作研究的学生来说,很有启发性。但是这些课程内容的深度往往是大学生们的理解力所不及。一次,一位大学生丢弃了他的课堂笔记本,在那本空白的笔记本上只写下这样几个字严贝纳尔那该死的苦差使。”

直到1937年我回奥地利度暑假时,我仍然还没有一个论文的题目。这时我记起了我的一个在布拉格的表姐妹嫁给了一位生物化学家菲利克斯 · 霍洛维兹(Felix Haurowitz),于是我就去见他。我问他测定氯高铁血红蛋白的结构是否有意义,他认为费歇尔(Hans Fischer)已经解决了这个问题,他建议我转向对血红蛋白结构的测定。他还告诉我,在剑桥有位生理学家,吉尔伯特 · 阿戴尔(Gilbert Adair),他熟悉血红蛋白晶体生长的方法。在当时的年代里,人们是不允许随意闯入别人的房间,并且直呼其名的,而必须通过引见。霍普金斯(F. G. Hopkins)的女儿,巴巴拉 · 霍姆斯(Barbara Holmes),十分友好地安排了一次午餐会,她邀请了阿戴尔和我出席这次午餐会。几个星期以后,阿戴尔给了我一些精美的马血红蛋白的晶体。从这些晶体上获得了一张奇妙的衍射图像,而且具有X射线分析所需要的最好的对称性。

阿戴尔是一个腼腆的教友派教徒、一位拘泥于细节的实验家和出色的数学家。1927年,他利用渗透压第一次准确地测定出血红蛋白和一些其他蛋白质的分子量。他教给了我生长血红蛋白晶体的方法。但是,他的习性古怪,难以共事。

所以,当生物学教授大卫 · 凯林(David Keilin)在唐宁街莫尔蒂诺研究院(Molteno Institute)为我提供了一个备用实验室的时候,我感到很兴奋。凯林是本世纪伟大的生物化学和寄生虫学家之一。凯林出生在莫斯科,在华沙上学,在巴黎读大学,1912年来到剑桥。他身材矮小,讲英语时带着一口可爱的波兰语口音和习语。他早晨来到实验室时,常常这样招呼我:“佩鲁兹,如何进展?”他不赞成弗朗西斯 · 克里克(Francis Crick)的随意推论的习惯,他告诫我“把他粘在这个备用实验室内。”凯林为了够着那架显微分光镜,他得垫上一个小凳。靠这架简陋的仪器,他完成了他的大多数的研究工作,也使他发现了昆虫肌肉和酵母细胞的活体标本中细胞色素的光吸收谱带。假如凯林当初用的是一架现代化的分光光度计,那么他就不会发现这些谱带,因为这类标本透光性太差,而它的谱线也过分发散。

1938年3月的一个早晨,一位朋友路过我在卡文迪什实验室的窗前时告诉我,希特勒侵占了奥地利。在人的一生中有那么一类事,譬如一位你所爱戴的人的去世,即使所有的事实证明这些事会发生,但是由于你是那样地担心其发生,以至于你不能面对已经发生的事实。大战对奥地利这个我所热爱的国家的威胁,是我决定来英国之前所不曾想到的,因为我是为科学研究而来的,但是我当时应该对于这种威胁有足够的认识。希特勒的入侵,一夜之间改变了我的处境,我从一位宾客变成了一个难民。我父亲给我的钱也很快用光了。由于我是个外国人,所以,就连学院管理部门也不允许我挣钱。我将如何来完成我的学业呢?

1937年秋,卢瑟福勋爵(Lord Rutherford)去世,威 · 布拉格(W. L. Bragg)被任命接替他的职位。布莱克特(P. M. S. Blackett)接替了布拉格在曼彻斯特的职位,而由贝纳尔继任布莱克特在伦敦别克拜克学院(Birkbeck College)的物理系主任之位。贝纳尔是1938年秋搬到那儿去的,他原先希望我跟随他,可是他无法为我找到资金。

我日复一日地等待着,希望布拉格能来晶体学实验室转转,看看这里所进行的工作。六星期以后,我鼓起勇气去了在弗里胡同(Free Lane)卢瑟福的维多利亚办公室,拜访了布拉格。当我给他看了我的血红蛋白的X射线照片时,他脸上出现了喜悦。他马上意识到了发展X射线分析法对于研究生命细胞大分子的挑战。他得到了洛克菲勒基金会(Rockefeller Foundation)的批准,任命我为他的研究助理。布拉格的果断有效的行动,拯救了我的科学生涯,并且使我能够将我的双亲接来英国,从而逃避了那场大屠杀。

洛克菲勒基金会花了99英镑,为我购置了一个X射线管,而且还提供了一笔小额津贴费。现在人们常常抱怨要获取研究经费已经越来越困难了。但是他们那里知道,在当时的岁月里,根本就无法弄到一分钱。那时洛克菲勒基金会只赞助所有那些在该基金会负责自然科学(1938年刚创立的名词,“分子生物学”)研究的瓦伦 · 维佛(Warren Weaver)的课题下工作的先驱者。这些先驱者包括:西奥 · 斯维德伯格(Theo Svedberg)、阿尼 · 提塞留斯(Arne Tiselius)、卡耶 · 兰(Kaj Linderstrom Lang)、比尔 · 阿斯特伯里(Bill Astbury)和大卫 · 凯林。我现在还记得,当时在莫尔蒂诺研究院期间,洛克菲勒基金会为凯林购置第一台贝克曼牌分光光度计时大家所流露出的喜悦心情。

1945年秋,一位身着漂亮的空军指挥官制服的小伙子来到卡文迪什实验室,他说他想作蛋白质晶体学的哲学博士研究生。这使我感到异常的荣幸,因为我以前还从未带过哲学博士研究生,然而同时我又感到为难,因为我还想不出一个他能够在三年内解决的题目。当我路过唐宁街时,我偶然遇见了生理学家约瑟夫 · 巴克罗夫特爵士(Sir Joseph Barcroft),我向他谈及了我的困境。那时,巴克罗夫特的兴趣已转至胎儿生理学,于是,他建议作一项胎儿与成人血红蛋白的比较研究。那位空军指挥官就是约翰 · 肯德鲁(John Kendrew),他同意了这个提议,不过后来他决定转向研究一个更简单的蛋白质——肌球蛋白。

肯德鲁在战前已经获得了一些经费资助、供其用两年,而我得到了英国帝国化学工业公司(ICI)为期三年的奖学金。在我的奖学金期限临近时,布拉格宣布在大学里可以为我提供一份工作,但是他并不鼓励我去做,因为我当时的身份是一位在物理系做事实上是生物学课的化学研究人员。

在这种情况下,一位实际工作与身份不符的人应该做什么呢?我的脑子里萦绕着可能会失去职业的担心,我对凯林说我必须为自己在工业界找一份工作。就在这关键时刻,凯林向布拉格建议,将我们的工作纳入医学研究委员会。凯林与医学研究委员会的秘书,营养学家爱德华 · 梅伦比爵士(Sir Edward Mellenby)关系不错。他知道,由于青霉素的研究成绩,使该委员会获得了更多的资助,而且梅伦比正在筹划建立新的研究小组。布拉格在雅典娜神庙(Athenaeum)的午餐上会晤了梅伦比,向他解释道,肯德鲁与我正四处寻求经费,然而获得的机会极为渺茫,如果获得资助,我们的研究结果将能在分子水平上深入地揭示生命活动。听后,梅伦比决定冒次险。从1947年10月1日起,肯德鲁和我组建了“医学研究委员会生物系统分子结构研究小组。”九年以后,我才想到把这一名称简化为“分子生物学”。

战时的科学

为什么会有如此之多的才华横溢的天才加入到我们的研究行列呢?肯德鲁对蛋白质晶体学的兴趣,是由贝纳尔激发的。肯德鲁是在战时的中东认识贝纳尔的。1948年的某一天,一位古怪的德国数学家来到我这里,询问我是否可以接受他的一位朋友做哲学博士研究生。当弗朗西斯 · 克里克来到的时候,我觉得挺纳闷、这是多羞怯的一个人,竟需要如此一位陌生使者先来为其铺平道路。但是他的笑声,则又激起了我们大家的情绪。在战前,他已经在伦敦大学学院(University College London)从事物理学研究工作,开始了他的100°C以上时水的粘度研究的博士学位课题,后来又与英国海军部合作研究水雷。现在,他要求进行有关生物分子结构或大脑的研究工作。一年以后,休 · 赫胥黎(Hugh Huxley)以研究生身份,加入了肯德鲁的工作。肯德鲁、克里克和赫胥黎的共同之处是,他们都具有从事将科学技术运用于战争的经历,这样的经历,使得他们在考虑未来的科研问题时比普通的大学毕业生想得更艰巨些,也使他们意识到,物理学与化学的最灿烂的前途是把这些学科的知识运用于对生命现象的阐明。

1950年的一天,一个理着平顶头、双眼眼皮浮肿样子的陌生脑袋突然探进我工作室的房门,没有任何招呼,直冲冲地向我问道:“我能来这里工作吗?”我说:“行”。我猜想这一定是吉姆 · 沃生(Jim Watson),萨尔瓦多 · 路里亚(Salvador Luria)已向肯德鲁作过推荐。沃生在他所著的一本小册子《双螺旋体》(The Double Helix)中,把自己描绘成是一个来自遥远西方的鲁莽、单纯的小伙子,当然这只是一幅漫画。沃生的到来,产生了巨大的影响。他不仅影响了克里克(克里克的一些想法当时已经与华生的想法合上了拍),而且影响了我们大家。我们这些化学家和物理学家,原先只受到主要对蛋白质功能感兴趣的生物化学和物理学的启发,而从来也就没有想过蛋白质究竟来自何处这个问题。沃生把我们的注意力集中到了生物学的最基本问题上了。我还记得当时我那激动的心情,那时他刚从美国冷泉港(Cold Spring Harbor)出席会议回来,他向我介绍了阿尔弗莱德 · 赫雪(Alfred Hershey)和玛莎 · 查斯(Martha Chase)的著名实验。这项实验的结果表明,细菌病毒只将其DNA注入寄主——大肠杆菌——体内,而把蛋白外壳留在外面,然后就像蜜蜂一样在叮刺后死去。

1953年是奇异的一年。英国女皇加冕;珠穆朗玛峰被征服;DNA结构之谜被解开了;赫胥黎和后来的简 · 汉森(Jean Hanson)——他当时在美国麻省理工学院——发现了肌肉收缩的滑行机理;我找到了解读晶体蛋白质X射线衍射图像的方法。到了9月,利努斯 · 鲍林(Linus Pauling)邀请我们大家出席了在美国加州举行的一个会议。会上,鲍林介绍了他两年前发现的蛋白质分子链的螺旋与伸展模型。然而通过这次会议,我似乎觉得生物分子结构研究的中心,已经移到了英国的剑桥。

我的任务就是要使这个研究中心在剑桥保持下去,但是事实证明这是困难的。那年秋天,布拉格辞去他在卡文迪什的教授职位,担任伦敦皇家学院(Royal Institution)的主任职务,他要求我们随他一起去皇家学院工作。当时在布里斯托尔(Bristol)做物理学教授的纳维尔 · 莫特(Nevill Mott),被任命接替布拉格在卡文迪什的职位。莫特虽然身在布里斯托尔,但卡文迪什实验室人满为患的局面,仍然使莫特感到头疼,因此,他请求我们搬出去。可是,肯德鲁和我都认为,剑桥的环境对继续维持我们这个研究小组的活力是至关重要的。

就在这节骨眼上,我向校总部教授会呼吁,尚他们指出了未来的美好前景。教授会的声誉使我顶住了这位新来的教授。教授会要求莫特允许我们在卡文迪什至少再待两年,直到大学能为我们找到新的设施。然而,莫特刚抵剑桥就开始对我们的研究工作产生了浓厚的兴趣,而且成了我们最有力的支持者之一。在整个这段时期内,我们房屋奇缺,我就整天围着那些从事自然科学研究的教授们转,向他们乞求能在这里提供一点备用场地或从过道里让出一个角落。当我得知在卡文迪什实验室前面的一个棚屋空闲时,我就向总部教授会秘书提出使用申请,但他拒绝了。他说该棚屋很快就要拆除。不过莫特帮助我们把它争取到了,而且这棚屋至今还在。1959年夏天,在剑桥召开了一个生物物理学大会,一个苏联代表团出席了这个会议。一天,他们要求看一看这个“分子生物学研究所”。当我把他们带入了这个棚屋的时候,他们挤作一团,脸上露出了茫然不知所措的神色。最后他们问我:“那么你们冬天在哪儿工作?”

在这一段时期内,又有更多的科学家加入了我们的这个研究小组,1956年1月,西德尼 · 布雷纳(Sydney Brenner)从南非的约翰内斯堡来到这里。他同克里克的第一次相见是在1953年,那时正是杰克 · 登尼兹(Jack Dunitz)带领布雷纳与从牛津来的雷思里 · 奥吉尔(Leslie Orgel)参观新的DNA分子模型的时候。当时布雷纳正跟随西里尔 · 辛谢尔伍德爵士(Sir Cyril Hinshelwood)在牛津作哲学博士学位的工作。豪雷斯 · 贾德森(Horace Judson)在其所著的《创世的第八天》(The Eighth Day of Creation)—书中,再现了布雷纳返回南非后与克里克之间来往的富有情趣的书信。1956年,克里克最后请求我在医学研究委员会给布雷纳一份奖学金。在那个时候,这类事情相当简单。我找到医学研究委员会的副秘书兰德斯博罗 · 汤姆森(A. Landsborough Thomson),向他提出了克里克为布雷纳申请奖学金的想法。汤姆森答道:“我们为什么不把布雷纳接收为固定职员?”对于这件事,没有专门小组讨论,没有仲裁人员的裁决,没有2约见面试,也没有提交冗长的申请报告,只有几位上层人士的英明决断。

我想请医学研究委员会为我们建造我们自己的实验室,但是我觉得现在提出尚为时过早,至少应该等到我们在蛋白质结构的研究中有一个问题得到解决时才行。后来即使当肯德鲁的肌红蛋白结构问题的解答似已胜利在握时,我还是犹豫不决,因为我们处在研究化学的地位,太没有说话的力量了。所以我们把触角伸到了弗莱德 · 桑格(Fred Sanger)身上。他起先是在一个地下室作研究工作,后来搬入了网球场路(Tennis Court Road)的生物化学学院的间拥挤的小棚屋内。我问他是否愿意加入我们的工作时,他答应了。于是我向医学研究委员会写了封信。作为答复,接任梅伦比在医学研究委员会秘书之职的哈罗德 · 欣姆思沃斯爵士(Sir Harold Himsworth)带领奎丁 · O格(Quintin Hogg)(后来是海尔谢姆勋爵,Lord Hailsham,接替)访问了我们。后者当时是英国上议院主席,他负责议会的科学研究委员会。

他们两位是杰出的人物。他们对我们的计划表示同情。我们多亏了他们的大力帮助,特别是欣姆思沃斯,没有他的出力,这个实验室是建不成的。1958年初,欣姆思沃斯要我把我们的情况呈交医学研究委员会。经过一个不眠之夜,我来到医学研究委员会,几位委员会成员告诉我,我的那份关于“分子生物学近期进展”的备忘录是他们迄今阅读的科学研究工作文件中最激动人心的一篇。此时我明确地意识到,我的这场战役在揭开序幕前已经获得了胜利。第二天上午,肤姆思沃斯打电话告诉我,那份计划已得到了委员会的批准。

至此,我们还需要为实验室的建筑场地听候大学校方的批准。这一点远比赢得医学研究委员会的支持更困难。由于大学的行政官员们反对我们的计划,所以,大学化了两年的时间才与医学研究委员会达成一致意见。我们希望实验室盖在剑桥的中心区,以便我们保持与大学里的同行的接触,但是到了最后,我们接受了约瑟夫 · 米切尔(Joseph Mitchell)教授提供的日后成为医学研究生院的地址,因为在中心区根本就无寸土可得。

1962年3月,我们终于搬入了这个实验室。当克里克和布雷纳获悉女皇将为我们新大楼揭幕的时候,他们撤下工作外出游玩了一个漫长的周末,而吉姆 · 沃生则特地从美国赶来以能见到女皇。事实上,克里克和布雷纳犯了一个错误,因为女皇对于我们向她展示的一切都是那样的兴致勃勃,而且她对每个人都是那样的直率、自然和热情,连那些反保皇派人士也都为女皇所吸引。当女皇来到我们展示的模型前,女皇的一位女随从惊呼道:“我真不知道在我们体内竟全是这些可爱的小彩球。”

关于历史就讲到这里。人们常常问我,我怎么会使这个实验室变得如此的成果辉煌,我无法回答这个问题,但是我可以给大家讲个故事。我认识一位小伙子,他能干、有创造力、能力超群,外加性格极为乐观。当我问他的母亲是如何教育他成才的时候,她回答说,“他生来就有这些天赋,”而她“仅仅哺育了他。”她深信,一个人是不可能改变其天生所赋予的秉性的。这个实验室就同这个故事一样,它诞生时就聚集了众多的天才人物,我只是使他们得到了发展,帮助他们取得他们所需要的东西。

[New Scientist,1987年5月21日]

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* M ·佩鲁兹(Max Perutz)1947年与肯德鲁合作创建了分子生物学研究小组(即后来的分子生物学研究室),他用X射线揭示了肌球蛋白和血红蛋白的结构,1962年获诺贝尔化学奖。