［科學(xué)時(shí)報(bào) 祝魏瑋報(bào)道］“你做科研的目的是什么？是拿諾貝爾獎(jiǎng)嗎？這么想的話基本上可以保證你拿不了！”

　 近日，北京大學(xué)英杰交流中心的學(xué)術(shù)報(bào)告廳匯集了數(shù)百名來(lái)自北大、中科院以及附近高校的老師和學(xué)生，陳嘉庚科學(xué)獎(jiǎng)報(bào)告會(huì)在這里舉行。這是繼2009年4月18日和11月11日的兩場(chǎng)報(bào)告會(huì)以來(lái)，陳嘉庚科學(xué)獎(jiǎng)基金會(huì)舉辦的第三次面向公眾的學(xué)術(shù)報(bào)告。

　 中科院院士范海福報(bào)告的內(nèi)容雖然是“晶體衍射分析”等學(xué)術(shù)問(wèn)題，但是他卻往往拋出類似的問(wèn)話，來(lái)講述他的科研經(jīng)歷和感悟。這實(shí)際上也是他報(bào)告的主題。

　 “晶體衍射分析”是范海福近幾十年來(lái)一直從事的工作，這是一種在原子層面上測(cè)定固態(tài)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，最終用來(lái)揭示固體材料結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的規(guī)律的方法。它實(shí)際上是科學(xué)研究的工具，它是一種獨(dú)立發(fā)展的物理學(xué)方法，但并不屬于代表某一應(yīng)用對(duì)象的學(xué)科。

　 “就像大家都用計(jì)算機(jī)，可以用計(jì)算機(jī)研究化學(xué)、物理、生物學(xué)，甚至用計(jì)算機(jī)炒股。但是計(jì)算機(jī)是獨(dú)立發(fā)展的，不會(huì)依附于化學(xué)、物理，甚至不會(huì)依附于純粹的數(shù)學(xué)?！狈逗８ｉ_(kāi)場(chǎng)即給了這個(gè)“專業(yè)詞匯”一個(gè)形象的解釋。

　 晶體結(jié)構(gòu)分析就是要從晶體的衍射效應(yīng)求出原子在晶體內(nèi)部的排布。它屬于物理學(xué)中的“求逆問(wèn)題”。如果已知由晶體發(fā)出的衍射波的振幅和周相，這個(gè)“逆問(wèn)題”就很容易解決。但是，用實(shí)驗(yàn)方法雖然可以測(cè)量衍射波的振幅，卻很難記錄到它的周相。因此，要想從衍射效應(yīng)解出晶體結(jié)構(gòu)，就必須先設(shè)法找回“丟失了的”周相。

　 一個(gè)新方法可能比十個(gè)新結(jié)構(gòu)更重要

　 直接法是在衍射分析中用于解決周相問(wèn)題的一種計(jì)算方法，是Harker和Kasper在1948年提出的。中科院物理所在1980年成立了晶體結(jié)構(gòu)分析方法研究組，主要從事晶體學(xué)中的直接法研究。但范海福早在1963年就已經(jīng)參與了直接法的研究。

　 范海福對(duì)1959年英國(guó)晶體學(xué)家Dorothy Hodgkin應(yīng)邀在中科院物理所作關(guān)于測(cè)定維生素B12晶體結(jié)構(gòu)的報(bào)告的場(chǎng)景一直記憶猶新。在那場(chǎng)報(bào)告會(huì)上，范海福的老師吳乾章先生提了一個(gè)問(wèn)題：“你試過(guò)用直接法去解B12的結(jié)構(gòu)嗎？”Hodgkin回答：“沒(méi)有?！?/p>

　 范海福當(dāng)時(shí)很不理解吳先生的提問(wèn)，心想：“直接法才勉強(qiáng)能對(duì)付十來(lái)個(gè)獨(dú)立原子的晶體結(jié)構(gòu)，怎么可能用來(lái)測(cè)定B12？”

　 當(dāng)時(shí)，維生素B12是世界上已經(jīng)測(cè)定的、最復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，其不對(duì)稱單位含有90多個(gè)原子（不算氫原子）。Hodgkin研究組為測(cè)定這個(gè)結(jié)構(gòu)花了7年多的時(shí)間。后來(lái)，Hodgkin因這項(xiàng)工作以及青霉素等一系列重要的晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定工作獲得1964年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，并成為英國(guó)唯一獲得諾貝爾獎(jiǎng)的女科學(xué)家。

　 幾十年后的今天，用直接法解一個(gè)像B12那樣的晶體結(jié)構(gòu)大概只需要幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)。不僅如此，直接法還可以用于測(cè)定比B12大100倍的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)！范海福在《物理所建所八十周年隨筆》中這樣記錄：“現(xiàn)在看來(lái)當(dāng)時(shí)我所以不理解是因?yàn)槿狈茖W(xué)的遠(yuǎn)見(jiàn)。”

　 “一個(gè)新方法可能比十個(gè)新結(jié)構(gòu)更重要！”在報(bào)告中，范海福將吳乾章1956年引導(dǎo)他做方法研究時(shí)說(shuō)的這句話傳授給了在場(chǎng)的學(xué)子。

　 諾貝爾獎(jiǎng)之后還能做什么

　 1985年，兩位“直接法”的先驅(qū)J. Karle和H. Hauptman獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。但是新的問(wèn)題出現(xiàn)了，不少人在慶賀兩位先驅(qū)獲獎(jiǎng)之余，想給“直接法”畫(huà)上一個(gè)句號(hào)。于是Karle和Hauptman獲得諾貝爾獎(jiǎng)之后，不少人在問(wèn)：諾貝爾獎(jiǎng)之后的直接法研究，還能做什么？這也是范海福在報(bào)告中拋給在場(chǎng)聽(tīng)眾的問(wèn)題。

　 在學(xué)子們還沉浸在精彩報(bào)告中的時(shí)候，范海福自己做出了解答：“當(dāng)時(shí)，直接法固然已是功業(yè)顯赫，但是，其應(yīng)用大都仍局限于一個(gè)狹小的范圍。因此，‘諾貝爾獎(jiǎng)以后’的直接法應(yīng)該走出傳統(tǒng)領(lǐng)域去開(kāi)拓新的天地?！?/p>

　 如何將直接法用于生物大分子的晶體結(jié)構(gòu)分析，是范海福長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。1965年他首先提出將直接法和單對(duì)同晶型置換法或單波長(zhǎng)異常散射法相結(jié)合的設(shè)想。其目的是要減少測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)所需的實(shí)驗(yàn)工作并簡(jiǎn)化其分析過(guò)程。上世紀(jì)80年代以來(lái)，世界上主要的直接法研究中心都爭(zhēng)相投入這一研究。

　 1987年在澳大利亞的帕斯（Perth）召開(kāi)了第14屆國(guó)際晶體學(xué)大會(huì)。范海福是5位報(bào)告人之一，他又提出了直接法今后值得重視的4個(gè)發(fā)展方向。而在當(dāng)時(shí)，范海福和他的同事已經(jīng)啟動(dòng)了其中3個(gè)方向的研究。

　 1988年，美國(guó)科學(xué)院派了一個(gè)生物技術(shù)代表團(tuán)訪問(wèn)中國(guó)，1989年，其出訪報(bào)告寫(xiě)成Biotechnology in China一書(shū)并出版。

　 該書(shū)對(duì)范海福等科學(xué)家在上世紀(jì)80年代中期的部分工作這樣評(píng)論：“在北京的（中科院）物理研究所……已經(jīng)使用概率相位推定方法測(cè)定越來(lái)越大的生物分子的晶體結(jié)構(gòu)。他們是最早發(fā)展并使用隨機(jī)起始、從頭相位推定技術(shù)的一員。這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需對(duì)重原子衍生物在不同波長(zhǎng)下作重復(fù)的測(cè)量……這對(duì)蛋白質(zhì)工程將有廣泛而重要的潛在意義?！?/p>

　 1997年，范海福等科學(xué)家在國(guó)際上首次用直接法，從一套單波長(zhǎng)異常散射數(shù)據(jù)解出一個(gè)未知的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。

　 當(dāng)前，直接法在測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用大致有3類：第一，測(cè)定蛋白質(zhì)晶體的重原子亞結(jié)構(gòu)；第二，從頭測(cè)定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)；第三，與傳統(tǒng)蛋白質(zhì)晶體學(xué)方法相結(jié)合以破解原有方法中的“相位模糊”問(wèn)題。

　 “進(jìn)入21世紀(jì)以后，我們已經(jīng)開(kāi)始部分地兌現(xiàn)了當(dāng)年美國(guó)科學(xué)院生物技術(shù)代表團(tuán)所預(yù)期的‘對(duì)蛋白質(zhì)工程’的‘廣泛而重要的潛在意義’?，F(xiàn)在正為全面地兌現(xiàn)這一‘潛在意義’而繼續(xù)努力?！狈逗８Ｔ陬}為《往事點(diǎn)滴》的隨筆中這樣記錄。

　 在報(bào)告的最后一部分，范海福詳細(xì)介紹了他的研究組編寫(xiě)的OASIS程序。這是國(guó)際上用于執(zhí)行第三類直接法的最重要程序。“目前，OASIS程序還在不斷更新中?！彼嬖V在場(chǎng)的學(xué)生，他自己對(duì)此也有著很大的期待。

　 一個(gè)多小時(shí)的報(bào)告會(huì)很快結(jié)束了，連現(xiàn)場(chǎng)非專業(yè)的聽(tīng)眾也沒(méi)有感到絲毫的難懂或晦澀。在競(jìng)相向范海福提問(wèn)后，許多學(xué)生仍久久回味在精彩的報(bào)告之中，不愿散去。

　 來(lái)自中科院福建物構(gòu)所研究生一年級(jí)的學(xué)生趙明磊告訴《科學(xué)時(shí)報(bào)》記者：“最難得的是，我們從范老師的報(bào)告中，學(xué)到了很多做科學(xué)研究的思想。‘不要在乎科研道路上的那些負(fù)面評(píng)論，專心搞自己的科研，就一定能作出很好的科研成果’……這些話我會(huì)終身銘記！”