第13章 10 纖維組織和鏈狀結構

女愛因斯坦 鮑林並不是唯一一個用理論方法來研究蛋白質分子結構的科學家。多蘿西·林奇也以同樣的方式在努力著。實際上，她認為自己已經解決了這個問題。 林奇1894年出生在阿根廷的一個英國工程師家庭。她在英國學習數學，然後轉向哲學，成為羅素①的信徒，並在羅素的波希米亞的社會主義者圈子裡小有名氣。她嫁給了一位物理學家，並成為第一個從牛津大學獲得理學博士學位的婦女。之後她留校教授數學，並發表了多篇論文。她落拓不羈，超前於她的時代：爭強好勝，抽煙，言語尖刻，追求獨立的事業（她從不用夫姓發表文章），並對一切東西都充滿了好奇。 （除了取得過許多學術成就之外，她還就父母都在外工作的家庭中的問題寫過一本社會學方面的小冊子。）在追隨羅素學習的日子裡，她認識到所有的科學進步都直接來源於數學和邏輯。她首先將這一信念帶到物理學中，接著又將

①羅素（Betrand Russell，1872—1970），英國哲學家、數學家、邏輯學家，分析哲學主要創始人，世界和平運動倡導者，獲1950年諾貝爾文學獎。這一信念帶進了生物學。 但是她一直與重大的科學發現無緣。在30年代初期——年近40，與丈夫離異，帶著一個小女兒——林奇成為一個學術上的吉卜賽人。為了學習遺傳學、胚胎學和蛋白質化學的新領域，她磨破嘴皮，到歐洲各地的生物實驗室中見習。她加入了理論生物學組織，一個由英國前衛科學家組成的非正式的小團體，包括蛋白質晶體學家約翰·伯納爾和多蘿西·霍奇金。他們相信，將舊的學科用一種新的方式結合起來會促成生物學的又一次大飛躍。韋弗總是尋找新的人才以提供資助。他注意到了這個團體，知道了林奇這個人，閱讀了她將數學應用到染色體收縮上的論文。在1935年，他慷慨地給了她五年的研究基金。

她很快就獲得了成果。 1936年，林奇提出了一種全新而又怪異的蛋白質結構。按照她的理論，氨基酸並不只是首尾相連，它們有可能以更為複雜的方式彼此聯結，因而形成的可能不是鏈狀結構，而是蛋白質纖維組織。她承認這種類型的化學鍵尚沒有得到證實，但是爭辯說，目前大家對蛋白質的了解甚少，可能存在未被發現的化學鍵形式並非是無稽之談。 她是一個數學家，而不是一個化學家，但是她的纖維結構與一些實驗數據吻合得天衣無縫。她最得意的一種結構是一個蜂巢形的六邊形氨基酸環，將六個頂點捏起來就形成一個封閉的鳥籠結構——根據她的拓撲學計算，總共含有288個氨基酸——許多學者認為這一數字代表了許多蛋白質的基本單位。她稱之為“環醇”的這一結構第一次具體地解釋了不同於纖維蛋白的球蛋白，引起了人們的紛紛議論。

最初的反應是肯定的。林奇陸續發表了一些論文，詳細闡述了她的環醇結構的種種優點，其中包括如何解釋蛋白質在液體表面形成薄膜的能力（她說，這個籠子可以打開，形成一個扁平的飄浮物），如何激活動物體內的抗體（她認為，氨基酸的側鏈可以從籠中伸出去，這就提供了反應點），等等。蛋白質專家們認真地閱讀了她的文章。阿斯特伯里一開始也認同她的模型，因為他提出的一種角蛋白折疊的鏈狀結構與林奇提出的六邊形結構相差不多。 林奇一頭扎進了對蛋白質結構的研究之中，自學有關Ｘ射線晶體學的基本知識。她敲開了劍橋蛋白質實驗室的大門，建議進行各種實驗，並拖住遇見的每一個人熱情地討論她的研究工作。不久，她掌握的知識就令她能夠對Ｘ射線圖譜作出有用的數學解釋。她滿懷激情，喜好爭論，越來越痴迷於自己的研究。她試圖說服每一個她覺得應該說服的人接受自己環醇的觀點。她開始在科學會議上宣講自己的思想，而報紙也開始關注這位不同凡響的女性，她似乎離解開蛋白質結構之謎的終點已經不遠了。有一份報紙甚至稱她為“女愛因斯坦”。

1936至1938年期間給予林奇和她的環醇的關注，在分子結構領域的學者之間引起了一定的反感。球蛋白專家伯納爾注意到，由於林奇缺乏化學和生物學的基本知識，她的理論中存在許多缺陷。她的假設當然非常有趣，但只不過是眾多理論中的一種，而且還有許多地方值得商榷。她模型中要求的四個方向的氨基酸聯結從來沒有被有機化學家親眼看見過；儘管不能完全排除這種可能，但是也沒有新的證據來支持這一論點。林奇的反駁——“蛋白質與別的物質截然不同，所以儘管在有機化學中沒有與這一結構相類似的構造，又有什麼難以接受的呢了”——也難以在研究人員中引起共鳴，因為他們對肽鍵的聯結方式的認識早已被實驗所確認。林奇的個人風格也於事無補；有些人覺得，作為一個科學家，她有些不安分，而作為一個女人，她無疑又太過分了。她讓人們陷入思考，但是同時也讓人們心緒不寧。蛋白質學者這一個小圈子開始分化為支持她和反對她的兩派。

在林奇試圖說服的人的名單中，鮑林排在很前面的位置。早在1936年夏天，林奇就給鮑林寫信說：“我十分希望能有機會與您談論一下蛋白質理論。”鮑林的反應十分熱情；他們互相交換研究論文。林奇又一次寫信給鮑林：“我仍然急切地想與您促膝長談。”在1937年春天，鮑林寫道：“她是一個非常聰明的人，我也贊成她現在正在做的理論推測。無疑，她的理論中蘊藏著許多事實。”不過他懷疑林奇提出的氨基酸六邊形環是否穩定，是否足以替代多肽鏈，而且他對於林奇完全運用數學方法來研究環醇的方式也持保留意見；十五年前，他也見過一些純粹建築在和諧對稱的數學邏輯而非實驗數據基礎上的晶體理論，他曾經證明其中一些理論是錯誤的。他認為，自然界並不嚴格遵循數學理論，即便遵循的話，這些理論也會相當複雜，允許有大量的偏差和一定的特殊性。鮑林開始認識到，林奇過於沉湎於創造一種“完美的對稱結構”，而不是那些根據化學規律自然生成的構造。他覺得沒有任何化學上的理由要求蛋白質形成環醇結構。

到了1938年，韋弗對林奇也產生了懷疑。他詢問了一些科學家對於林奇的意見，但是結論並不一致——有些人認為她是一個天才；有些人則認為她的理論荒誕不經。韋弗自己開始將她視為“一條怪魚”。她的價值在於引發討論，但是，她把許多時間花在培植自己的信徒上，而很少花時間去證明自己的理論。他希望對環醇問題有個明確的答复，並請鮑林幫助他，因為鮑林“是極少幾個不會被林奇的數學技能嚇倒的人之一”。韋弗在1938年1月，即鮑林在康奈爾大學的時候，安排兩人見面。 然而，在兩人面對面坐下來之前，鮑林已經胸有成竹。鮑林在剛剛抵達紐約州伊薩卡的康奈爾大學的時候，就在《紐約時報》上看見一幅林奇“愛不釋手地玩弄她的球蛋白精製模型”的照片，標題是“蛋白質分子的建築”。鮑林從模糊的照片上就判斷出，環醇的鳥籠結構過於精細，內部過於空曠，不符合已知的球蛋白內部密度很大的事實。在預定會面前的兩個月，鮑林、莫斯基、馬克思·伯格曼和韋弗在洛克菲勒醫學研究院對林奇的工作進行了一次討論。韋弗的在日記中寫道，鮑林不僅確信林奇的研究過於依賴於推理，過於追求形式上的對稱，他還覺得林奇的研究尚處於早期階段，不應該受到如此大規模的宣傳。伯格曼補充說，她對肽鍵的重視不夠；大家一致認為、她提出的周圍都是強共價鍵的鳥籠結構不會輕易被打開，難以解釋變性的第一階段——鮑林認為變性逆轉的過程涉及到氫鍵。最後的結論是，在1月份兩人見面時，鮑林將“盡力精確地了解林奇獲得了哪些明確的成果”。

林奇來到冰天雪地的伊薩卡，滿心渴望著與鮑林面談。但是兩人持續兩天、每天兩小時的會談只是證實了鮑林的想法。鮑林對林奇的模型結構嚴加盤問，發現她對數學所知甚多，而對化學的經驗事實所知甚少。 他遞交給韋弗的有關此次會談的秘密報告徹底否定了林奇。鮑林說，林奇是以數學家的身份來研究這一問題的，“感興趣的是從假設出發的嚴密推理，而不是蛋白質的實際結構”；“她對於用實驗數據來驗證其理論並不十分熱心”；“林奇博士能夠熟練地運用化學家和生物學家的詞彙，但是她的論據有時並不充分，她的信息流於膚淺。” 更為主要的是，他批駁了一個能夠包容288個氨基酸結構的思想。他寫道，沒有一種已知的化學力量將蛋白質分子限制在這一數目；許多蛋白質或者蛋白質成分之所以接近這一大小，是由於進化的某種壓力，而不是化學必然性的結果u鮑林推翻了林奇的這一理論支柱，並證明她缺乏蛋白質化學知識，並總結說，林奇的論文“不誠實”。他接著說，遺憾的是，蛋白質研究人員“不知道她的科學態度與他們的截然不同，因此受到迷惑，把她的研究工作當真了。”

他說，與林奇見面唯一積極的一點是，他重新獲得了研究蛋白質問題的力量：“在與林奇博士談話之後，我覺得應該將我的思想寫出來。我一直討厭這麼做，因為猜測的成分太多；然而我認為這些猜測比林奇博士的理論要高明。”韋弗鼓勵他大膽想像。 就洛克菲勒基金而言，鮑林的報告徹底斷絕了多蘿西·林奇的財路。在談話時鮑林嚴厲的批評和刨根究底的追問使林奇大驚失色。她垂頭喪氣地回到了英國。那裡，她又遭到了伯納爾和朋友們的更多攻擊。韋弗在英國的代表W·E·迪斯戴爾，在讀到鮑林的評論後寫道：“林奇充當了催化劑的角色，但是我不知道在反應被催化之後，催化劑還有沒有繼續存在的必要。” 在從康奈爾大學回到加州理工學院之後，鮑林集中精力展開了對蛋白質結構的研究。現在他在克萊林實驗樓中擁有設備精良的實驗室，學生和博士後研究人員人數也在不斷增加。他開始拍攝更多的天然蛋白質的Ｘ射線照片，希望在阿斯特伯里和伯納爾的成果之外再發現一些有價值的東西。同時他還開始運用澤希邁斯特的色譜法技巧來分離和提純蛋白質碎裂後的碎片，希望通過解決這些碎片的結構來了解整個蛋白質的結構，也許可能按照氨基酸在蛋白質鏈中的順序來重建整個蛋白質。

不過他仍然將主要的精力投入對蛋白質結構的基礎——氨基酸的研究中。在此，科里在甘氨酸和二酮哌嗪研究上的成果有些出人意料，因為它們實在平淡無奇。氨基酸的構造看起來和鮑林想像的沒有什麼大的差別。最重要的是，二酮哌嗪的結構驗證了鮑林預言的肽鍵雙鍵特徵——原子在肽鍵兩側以雙鍵形式被牢牢地固定在同一個平面上，不能圍繞對方旋轉。這證明了鮑林在1937年對於角蛋白結構提出的設想。那麼為什麼上次的努力失敗了呢？他讓科里、休斯和他們的學生研究更多的氨基酸和小的縮氨酸，畫出更加精細的結構圖。也許答案正是在這些細節中。 鮑林在1936年與莫斯基合著的關於蛋白質變性的論文兩年裡一直沒有造成多大的影響。儘管論文中的化學論據很有說服力，實驗數據非常詳實，但是大多數蛋白質學者並不相信，一種像氫鍵這樣無名、不確定的弱小力量會決定蛋白質的精確形狀。對氫鍵理論的接受非常緩慢，令人失望。但是鮑林仍然確信它是正確的。他開始和新近聘用的同事，蛋白質學者卡爾·尼曼談論證明氫鍵存在的方式。

正當鮑林投入這場新的戰鬥的時候，一個令人震驚的事件發生了：林奇找到了其環醇結構存在的證據。在和鮑林談話之後，她並沒有悄悄地退出這一領域，而是投入了雙倍的努力。她找到了一位強有力的新盟友：諾貝爾獎獲得者、物理化學家（共用電子對成鍵理論的合作倡導者）歐文·朗繆爾。朗繆爾對分子膜的興趣使他對環醇假設發生了興趣。 1938年秋天，她寫信給洛克菲勒基金會，稱“發生的奇蹟異乎尋常”。多蘿西·霍奇金對小的球蛋白胰島素拍攝了新的Ｘ射線照片。儘管克羅夫特認為“計算出來的形式看來與環醇或是同各種鏈狀結構沒有任何直接的聯繫”，林奇和朗繆爾運用新的數學工具對數據進行了分析，找到了環醇存在的證據。他們的成果，特別是考慮到朗繆爾的名聲，在蛋白質學者之間產生了巨大的衝擊彼。朗繆爾自信地對韋弗說，現在每一個人都應該確信環醇理論。厄爾斯·玻爾在哥本哈根的小組開始建造環醇籠狀結構。林奇開始大量發表論文。 鮑林不理這個茬。他認為林奇和朗繆爾運用的新的矢量分析法——這一方法是與鮑林以前的一個學生大衛·哈克合作提出的——具有局限性，難以提供真正的證明。甚至在哈克寫信告訴他，他相信林奇和朗繆爾的分析是正確的之後，鮑林仍然不為所動。 並非只有鮑林一人抱有這一種態度。在英國，伯納爾和其他一些人，包括威利·布拉格，加緊了對林奇的攻擊。 1939年1月，《自然》雜誌發表了一系列短文。布拉格寫道，對於像蛋白質這樣複雜的分子，矢量分析法只能提供“模糊和臨時”的結論。而伯納爾則說，林奇關於胰島素的理論“明顯是錯誤的”。當林奇反駁之後，伯納爾再次迎頭痛擊，寫道“沒有任何Ｘ射線實驗支持環醇模型；實際上到目前為止，所有的Ｘ射線證據都是與這一模型背道而馳的。”林奇覺得遭到了背叛；她私下稱伯納爾，她在理論生物學組織中結識的同胞，“妒嫉，野蠻，出賣朋友”。 朗繆爾則在公開發表的文章中，以及在私下的場合，捍衛林奇的觀點。他與林奇合作論文，帶她和哈克參加會議——從鮑林本人的學生那裡獲得支持具有特別的意義——並勸說莫斯基，變性過程可能以接近環醇理論預言的步驟進行。在朗繆爾的幫助下，環醇理論起死回生了。 對於一種他相信是錯誤的理論給予如此多的關注，這令鮑林感到非常困惑和生氣。這不僅偏離了對蛋白質真正問題的探索，而且是對鮑林氫鍵理論的攻擊，對他作為蛋白質權威學者聲譽的詆毀，對他自然觀的挑戰。他覺得是堅決給予還擊並使之壽終正寢的時候了。 1939年初春，鮑林和尼曼合作了一篇論文，逐點對環醇結構的主要論據進行考證和反駁。他們用了好幾個星期完成了這篇題為“蛋白質結構”的論文，發表在7月份的《美國化學學會學報》上。在鮑林對不同理論的攻擊中，這篇論文的措辭是最激烈的。他們運用的主要武器是化學，特別是鍵能數據。鮑林認為這些數據清楚地表明環醇結構沒有多肽鏈穩定，因而存在的可能性很小。單純從能量角度出發，鮑林和尼曼寫道：“我們經過嚴密的論證得出的結論是，環醇不可能是蛋白質的主要結構，即便存在這一結構（這種可能性不大，因為與多肽鏈相比，其能量處於劣勢），在氨基酸殘餘物中具有這一結構的比例也不會超過百分之三。”（原文用不同字體強調了這一結論。）在討論了他們認為林奇和朗繆爾在其他方面的主要矛盾和錯誤之後，鮑林和尼曼就蛋白質結構提出了他們自己的思想。與三年前莫斯基和鮑林發表關於蛋白質變性的論文相比，並沒有太多新的內容：蛋白質是一條多肽鏈，由一些已知的環節聯結成一定的形狀，氫鍵、硫一疏鍵以及“類似的原了間的相互作用”夾雜在一起。一定的形狀到底是怎樣的，沒有人知曉。唯一肯定能夠排除的似乎就是環醇結構。 “蛋白質結構”一文具有毀滅性和立竿見影的效果。托德在讀後寫道：“我必須承認，讀到鮑林和尼曼'揭穿林奇真面目'的文章之後十分欣喜！是到了對環醇理論下定論的時候了，我相信至少這兒的所有化學家都會歡迎這一舉動。就我看來，這一結論是無可辯駁的，我對林奇是否會作出某種反應懷有相當的興趣。” 頗具諷刺意義的是，在鮑林和尼曼提交這篇論文前的幾個星期，林奇決定放棄蛋白質的研究。由於伯納爾和劍橋大學研究組的敵意所造成的傷害，她在1939年春天逃離英國，來到美國。她對韋弗說，她在胰島素研究中得到的數據不夠成熟，因而放棄了進一步的工作。鮑林和尼曼的論文發表的時機再糟糕不過了。林奇正在給自己謀求一個教職，給女兒尋找一個住所；為了保住自己的顏面以獲得一份差事，她不得不奮起還擊。她衝進《美國化學學會學報》編輯阿瑟·蘭姆在哈佛的辦公室，要求發表自己的反駁意見。蘭姆解釋說，他可以發表任何對事實的修正或是相關研究的新進展，然而刊物將不考慮發表陳詞濫調。幾個星期後，林奇送上了一篇長達21頁的應戰文章，一點一點地反駁了鮑林和尼曼的觀點，最後的結論是；“對環醇假設持反對意見的人將論據建立在（由邏輯錯誤造成的）似是而非的事實基礎上，他們的實驗也是風馬牛不相及的……或者是無足輕重的。”按照一般的程序，蘭姆將林奇的手稿送給鮑林和尼曼，並要求他們對此作出評論，以供評閱的人參考。 鮑林和厄曼又逐段逐段地反駁了林奇的觀點，言辭更為激烈：“……怎麼也不能容忍這一幽靈在有機化學的文獻中繼續遊蕩，”“毫無理由讓這一臆想老調重彈，”“我們看見的只是更多的希望，而不是事實。”蘭姆將這些硝煙瀰漫的文章送交兩個仲裁人，然而他們的結論卻大相徑庭，蘭姆只得把全部文章再送交給另外兩個仲裁人。每一位讀過這些文章的人都被論辯雙方的尖刻措辭嚇壞了；每個人的解決方案都各不相同。蘭姆和一位仲裁人認為，在雙方對最後一稿審閱之後，同時發表林奇的文章及鮑林和尼曼的回复；另一位仲裁人建議馬上單獨發表林奇的文章，然後結束這場論戰；還有一位把這場論戰比作是世界大戰開戰的信號彈，建議延緩這一過程以“給雙方一個冷靜下來的機會”。 接著，林奇發現鮑林和尼曼在對蛋白質形成所需能量的計算中有誤差；糾正這一誤差可以把鏈狀結構和環醇結構之間的能量差異減少約三分之一。她在給鮑林的一封信中指出了這一點，然而鮑林回答說，這一變化微不足道，不會影響他們的結論，因此“我們認為不值得以書面形式改正這一錯誤”。 然後，林奇又試圖從另一個角度來打擊鮑林。她在約翰·霍普金斯大學獲得了一份臨時性職位，與在那里工作的大衛·哈克進行了交談。哈克在學生時代就與鮑林有過摩擦。林奇向他訴說鮑林如何對自己進行攻擊，如何不讓她發表自己的反對文章，哈克深表同情。同時哈克也向林奇談了自己對鮑林的看法，他覺得鮑林用共振來解釋化學鍵的一切現象，有些隨心所欲，不著邊際。最終兩人合作在1940年春天的《化學物理學雜誌》上發表了一封短信，提出了一種不用共振理論來研究化學鍵的新方法。儘管信中只在腳註中提到了鮑林，但是顯然對鮑林最基本的科學手段提出了挑戰。 鮑林以一個受到背叛的父親的口氣給哈克回了一封信。 “我剛剛注意到你和多蘿西·林奇又一次合作的那封信……我認為這表明你需要接受一些忠告。信中總的語氣是對此間研究工作的批評。即便這一批評有一定的根據，學院對你的培育之恩也應該使你對自己的行為三思而行。”在作出一些具體的批評之後，鮑林最後說：“儘管粗心的讀者可能會錯誤地認為你們的信是對科學認識的小小的貢獻，我不覺得有必要作出答復以糾正這一認識的錯誤 ……我認為你應該有更好的事幹，有更好的搭檔。 ”接著他寫信給刊物的編輯，說在發表哈克一林奇的信之前先將稿件送給他過目是更為明智的做法。 鮑林四處耀武揚威，而哈克憎惡的正是這一點。他回信說：“我不時聽到傳言，有關您對待林奇博士和阻止她發表自己理論的不公正的態度。我一貫認為——並宣稱——您不可能採取這樣的舉動。……如果我不得不相信這種傳言的話，將萬分遺憾。” 在鮑林和尼曼最初的論文發表19個月後，經過刪節的林奇的反駁文章終於在《美國化學學會學報》上發表了。不過此時環醇理論和林奇的學術生涯都已經結束了。韋弗通知她說，洛克菲勒基金將停止向她提供資助，五年的時間用來說服她的同事們接受環醇理論已經夠長了。她失去了經濟來源，也無法發表對鮑林的進一步的批評意見。在1940年末給朋友的一封信中，她寫道：“我徹底絕望了，因為我所處的環境是一個強權體制，就像希特勒統治的德國，只有有權有勢的人才能生存……這個新的鮑林體系打敗了我。他是一個危險不過的傢伙。……連正直的人也不敢對他提出異議。他聰明、敏捷，在反擊時毫不留情，我覺得所有的人都懼怕他。只有可憐的我指出了他的錯誤：實際上沒有別的人敢於這樣做。 林奇將在默默無聞的科學生涯中度過下半生。她仍舊不屈不撓，直言不諱，仍舊堅信自己的環醇理論。她對每一個有興趣的人談論自己美麗的蛋白質結構，控訴鮑林和同夥們如何壓制自己。林奇事件使每一個當事人都臉上無光。它毀滅了林奇的事業，使她在廣泛的學科領域裡具有的學術能力終結於一個失敗的研究項目。它加深了鮑林和哈克的齟齬，使其多年後也難以調和。這助長了謠傳，說鮑林是一個惡霸，會無情地將持不同意見者打翻在地。這場半公開化的科學論戰也使一個誰也不願意疏遠的人感到困惑：韋弗。在1939年末的一封信中，這位洛克菲勒基金會經理不動聲色地表露了自己的不悅，顯然是針對鮑林的：“我覺得到目前為止，在對蛋白質問題的理論研究上十分活躍甚至有些激烈的爭論，都是為了一個有用的目的；現在更為重要的是獲得一個更為廣泛、更為可靠的事實體系。任何高談闊論都比不上無言的事實更有說服力。” 林奇後來將她的遭遇歸結為性別歧視。她對朋友們說：“噢，是Y染色體在作怪。如果我擁有Y染色體，人們就不會在公共刊物上用這種語氣對我說話了。”性別歧視無疑是禍根之——當時的科學界普遍存在這種現象，在加州理工學院更是司空見慣的事。但是對鮑林而言，這一影響並不大。在愛娃·海倫的影響下，鮑林在時代允許的範圍內是最為“開放”的；他敬重本領域內其他幾位女科學家的研究成果，如多蘿西·克羅夫特·霍奇金。他對朗繆爾的攻擊也同樣激烈。然而朗繆爾根基牢固，沒有受到什麼影響，而林奇則不堪一擊。 實際上，每一個和林奇有過接觸的蛋白質學者早已有類似的想法，而跑林只不過是以書面形式更為完整和強烈地把這種思想表達了出來罷了。 Y染色體也不能使環醇理論變得正確。 但是，林奇事件也揭示了鮑林性格中陰暗的一面。辯論雙方的事實依據都不充分——正如林奇指出的，不可能斷言環醇結構不存在。事實上，在50年代，另一位學者在某些麥角生物鹼中發現了與環醇類似的蛋白質結構——林奇試圖利用這一發現爭取贊助以對所有別的蛋白質構造進行重新考察，但是沒有成功。鮑林扮演了一個大聲喝止吵鬧孩子的科學父親的角色，以不容質疑的口氣結束了這場爭論。 這場論戰顯示了鮑林此時擁有的新權力。在贏得加州理工學院化學和化學工程系主任之後的幾年中，鮑林就已經成為化學界權力結構中的一個成名的主角。和前任諾伊斯一樣，他兼任一些期刊的編委會成員，對各個職位的入選提名，挑選獲獎者，提供建議，四處演講。他受到邀請，接受諮詢，授予榮譽稱號，備受人們的尊重。他暢飲成功的美酒。然而聲望和讚譽也使他性格中的一些負面因素得以抬頭，隨著權勢的增加，這種傾向愈演愈烈：他自以為是，對形勢和論辯擁有絕對的控制，對那些有奇思怪想的人毫不手軟地加以製止。 血清學者 與林奇的論戰堅定了鮑林對於他和莫斯基提出的蛋白質氫鍵鏈模型的信念——這一信念使他進入了全新的而又完全出乎自己意料的研究領域。 1936年春天，在洛克菲勒醫學研究院作完一個關於血紅蛋白的報告之後，鮑林收到一張紙條：你能否在離開紐約之前花一兩個小時探討一些雙方都感興趣的研究課題？署名為卡爾·蘭德施泰納①。 ①蘭德施泰納（Karl Landsteiner，1868—1943），美籍奧地利免疫學家、病理學家，發現A、B、O、AB血型及MN血型系統、RH因子，獲1930年諾貝爾醫學獎。 鮑林知道這個名字。蘭德施泰納是一個具有國際聲譽、備受尊崇的奧地利醫學研究者。五年前，他因發現了ABO血型而獲得諾貝爾獎，使人類第一次能夠安全地輸血，從而拯救了無數的生命。蘭德施泰納在晚年來到美國繼續從事對血液的研究，特別是對組成免疫系統的血清中介質的研究。鮑林對這一邀請和這個人懷有強烈的興趣。第二天，他來到蘭德施泰納的實驗室，受到了一位貌似貴族的科學家的歡迎：蘭德施泰納相貌出眾，一頭灰色的短髮，身材高大挺拔，留著唇髭，身上保留著一股早年在維也納養成的優雅和自信的風度。他用微帶口音的英語邀請客人坐下，接著向鮑林談起他試圖解決的一樁疑案。 蘭德施泰納解釋說，這與抗體，一種特殊的幫助肌體抵禦感染的蛋白質分子有關。鮑林對血紅蛋白的報告使他認識到，也許鮑林可以幫助他解釋一些觀察得到的結果。比如說，身體可以製造出具有上萬種，甚至上百萬種不同特異性的抗體，每一種抗體能夠識別並鎖住一種目標分子，或稱之為抗原。例如，肺炎球菌的抗體只能夠辨別並吸附具有特定構造的抗原，而不會理會鏈球菌特有的抗原，反之亦然。蘭德施泰納用一些人造化學物質充當抗原進行了一些實驗，證明這一特異性非常精確：在某些情況下，一些只在幾個原子上存在差異的抗原對某一抗體的反應是截然不同的。 當然，尚無人了解這一特異性；例如，酶對其作用物目標分子的作用就是相當專一的。但是一種酶只有一種對應的作用物。對應於成千上萬種目標物，可以製造出各種特定的抗體，包括人造化學物質。蘭德施泰納說，有些事情困擾著他。比方說，抗體獲得特異性的化學機制是什麼？諸如抗體這樣的蛋白質分子是如何區別不同抗原之間的差異的？是什麼力量使抗體和抗原互相結合的？肌體如何能夠這麼精確地製造出那麼多抗體？對於那些從未接觸過的合成目標物，肌體是怎樣知道該如何塑造抗體蛋白質的？ 鮑林對於這些問題一竅不通——不過他第一個反應是，答案肯定與分子的構造形式有關。但是他喜歡蘭德施泰納，覺得他是一個令人著迷、興趣廣泛的思想家（“一個了不起的人，”他不久之後就對人這麼說）。他被蘭德施泰納的研究工作深深吸引了。蘭德施泰納所從事的免疫化學這一新的領域可能為研究蛋白質結構和特異性提供有效的工具。在兩人見面結束時，鮑林向蘭德施泰納表示他會思考這些問題，並將再次和他見面。 但是，他首先得在這方面接受一點速成教育。他當即買了一本蘭德施泰納最新的關於免疫學的書，在回帕薩迪納的火車上閱讀。書的第一頁就引起了他的興趣。蘭德施泰納寫道：“動植物物種的形態學特徵構成了描述性自然科學的主題，同時它們也是物種分類的標準。但是直到最近人們才意識到，如在晶體範疇中一樣，在生物體中，化學性質的差異對應於結構上的差異。”鮑林發現了一個與自己相近的思想家，一個能在兩句話中將生物學、化學和晶體學結合在一起的人。他對蘭德施泰納對肌體的研究發生了濃厚的興趣，比如免疫系統是如何使每一個動物能夠辨認自身和非自身物質的化學差異的。 車窗外的農田飛速地向後掠去，鮑林沉浸在蘭德施泰納的書中。蘭德施泰納跟隨偉大的埃米爾·費歇爾學習化學，促使免疫系統的研究成了一門獨立的化學學科，並根據已知的有機化合物來完善產生和測量抗體活性的體系。這一工具可以產生兩方面的作用：第一，抗體可被用作精細的探針，來辨別緊密相關的有機分子的結構差異，其中也包括蛋白質；第二，挑選的抗體可以作為探針來研究抗體的結構。由於無人知道抗體的結構以及抗體是如何與目標結合的，這一領域充滿著未知數、自相矛盾的發現以及令人困惑的實驗結果。多數免疫學家來自生物學或者醫藥領域，似乎缺乏化學知識或懷有偏見。換句話說，開拓免疫學領域的時機已經成熟。 在回到帕薩迪納的時候，鮑林已經決定將一部分時間投入免疫學研究。他和莫斯基正在給他們的蛋白質變性理論作最後的修飾，鮑林開始將抗體與他關於蛋白質是由氫鍵聯結起來的分子長鏈的思想聯繫起來。他理所當然地認為，抗體和所有分子一樣，其性質是由其結構決定的。能不能設想它們的構造是為了迎合某一特定的抗原，就像手套緊密地套在手上一樣？形狀互補是一個早就存在的思想，最初是由保羅·埃爾利希在19世紀末提出的——他運用的詞彙是鎖和鑰匙——其後又有人對這一理論作了改進。但是，鮑林的思路是全新的，是從變性的角度出發的。新塑造的抗體分子是否可能像一個變性分子，其氫鍵斷裂，長鏈展開成一條直線？如果它與一個抗原接觸，兩個分子將會受到一股微弱而又不確定的力的吸引——范德瓦爾斯力及抗原和抗體上電荷相反區域之間的靜電引力。能量因素將會使抗體和抗原之間產生最大的接觸；當抗體的帶電原子靠近抗原表面帶相反電荷的區域時，自由能最少，而范德瓦爾斯力最大。抗原和抗體結合得越緊密，這種微弱而又不確定的力就會使更多的抗原和抗體相結合，這一配對的系統也就越穩定。抗體將會自然地根據抗原的形狀來塑造自己，就像一團濕泥壓在硬幣上會留下印記一樣。回到加州理工學院後不久，鮑林就完成了一篇有關抗體形成過程的論文初稿。 接著他把這篇論文放到了一邊。首先得完成同莫斯基合作的那篇論文。隨後諾伊斯去世了，鮑林和密立根之間的麻煩也開場了。鮑林並沒有完全忘掉免疫學——他開始閱讀有關的資料，並且對互相矛盾的研究結果越來越感到不滿——但是他並沒有在免疫學上花費過多的時間。 蘭德施泰納又將他拉了回來。鮑林在1937年11月以貝克講座主講人的身份在康奈爾大學講學時，驚喜地又一次見到了他。這位老人是專程到伊薩卡來看望鮑林的。免疫學並非是他見鮑林的唯一目的——蘭德施泰納還想向鮑林探聽一下自己到加州理工學院任職的可能性——但是他們一旦開始討論抗體，就再也停不下來了。鮑林回憶道，蘭德施泰納將短暫的訪問變成了“在一個複雜領域里人們所接受過的最佳講座”。在四天集中的小型免疫學討論班上，蘭德施泰納回答了鮑林的種種問題。鮑林在過去的一年裡在所閱讀的資料中發現了許多彼此矛盾的研究結果，蘭德施泰納一一澄清了他提出的疑問。鮑林將蘭德施泰納稱為“免疫學之父”，熱切地建議密立根邀請他到加州理工學院來工作。 但是，他的這一願望沒能實現——密立根抱怨說，接受每一個希望退休後來南加利福尼亞的陽光下安度晚年的前諾貝爾獎金獲得者代價太高了——而且鮑林的注意力又岔到了別的事情上。在1938年和1939年，他仍然思考著、談論著抗體——實際上，他對抗體的高漲熱情促使生物系的一些學者開始製造果蠅基因的抗體和基因產品——但是克萊林實驗室正準備開張，他的新房正在建造，貝克講座需要繼續，多蘿西·林奇需要聲討，還有《化學鍵的本質》需要寫作。同時由於他手下沒有一個人了解如何進行免疫學方面的實驗，所以他對於全力以赴地進入這一全新的領域還有些猶豫不決。 1939年7月，蘭德施泰納又一次向他發出了信號。這回，他在《科學》雜誌上發表文章，將鮑林和莫斯基的蛋白質結構理論和抗體的形成聯繫在一起。在解釋抗體的特異性時他寫道：“可考慮的一種想法是，以不同的方式來折疊同一條多肽鏈。” 這與鮑林不謀而合，他開始對自己的理論作發表前的最後雕琢，以免別人搶得先機。已經有一些免疫學家陸續發表論文，認為抗體以抗原作為自己成型的模板，但是他們一般的想法是，這一過程是在不斷加長的蛋白質鏈上按次序排列氨基酸，而鮑林認為這一方法過於復雜。他關於一成不變的蛋白質鏈扭曲成特定形狀的想法更為簡便易行， 這一理論還能解釋困擾一些學者的一個問題，即抗體是“兩價的”，能夠同時與兩個抗原結合，將它們聚合在一起。測試抗體的一個一般性試驗是將抗體同抗原混合，看它們能否形成渾濁的沉澱物。如果有沉澱產生，則說明抗原和抗體結合到了一起。鮑林熟知，在有些情況下，分子首尾相連，形成化學沉澱物，他推測抗體同樣如此。能夠與兩個抗原相結合的抗體是形成抗原一抗體一抗原一抗體沉澱物的最容易的一種方式。 在鮑林的腦海中一幅圖像開始成形：一個“變性的”新抗體開始從一個抗體生產細胞中生長出來。長出的一頭會和一個抗原接觸，並與之結合。鏈的中段會往復折疊成一堆餡餅的模樣，形成一個類似於球體的形狀，這可以滿足表明抗體是球蛋白的那些數據。氫鍵將這一堆餡餅聯結在一起。接著剛剛從細胞中脫離出來的抗體鏈的另一頭會和另一個抗原相結合，形成一個“兩價的”抗體結構。這一簡單的方法巧妙地解釋了無數抗體是如何從一種簡單的蛋白質結構中生成的，沉澱物是如何產生的，合成化學物質的抗體是如何形成的，當然還能解釋通過形狀互補，不確定的弱力體系如何促成抗體與抗原相互結合的。 1940年1月，芝加哥大學免疫學的一位青年助理教授丹·坎貝爾獲得一份獎學金來到加州理工學院，鮑林讓他做一些驗證性的實驗，而自己則對抗體理論作發表前的最後定稿。還有一些問題有待解決。他這一理論的威力不僅在於簡單，而且還因為通過它可以作出一些具體的可以驗證的預測。比如，按照鮑林的理論，一個抗體分子的兩端可以和一個抗原上的同樣的反應點相結合，可以和同一個抗原上的兩個不同的反應點相結合，也可以和兩個完全不同的抗原相結合。然而這一類雙重反應的抗體，一個可以同兩個不同的抗原反應的分子，從來沒有被發現過。蘭德施泰納的實驗結果與這一構造相距甚遠。坎貝爾來校之後，鮑林和蘭德施泰納在那年春天互相郵寄血清和抗體樣本試圖解決這一難題，但是沒有任何進展。 兩人之間的通信使鮑林認識到，他和自己免疫學的導師在思考問題上的方法並不一致。鮑林回憶說：“我發現蘭德施泰納和我在對待科學研究的方法上迥然不同。蘭德施泰納會問，'這些實驗觀察到的結果會迫使我們如何認識世界的本質呢？'而我會問，'哪一種最為簡單、通用和令人滿意的世界觀可以涵蓋這些觀察結果，並與它們並行不悖？'”在這一點可以得到確認之前，鮑林決定暫不發表自己的論文。當驗證工作被證明相當棘手時，他決定將研究工作繼續深入下去，寄希望於新的實驗會支持自己的想法。 第二項預測具有更為深遠的意義。如果鮑林的理論是正確的，那麼就有可能在實驗室中人工製造出抗體來。先小心地將普通的血紅蛋白變性，然後在抗原的作用下將其複原。由於動物和人的血清血紅蛋白非常容易獲得，有可能廉價、純淨、安全地大量生產針對任何危險病原的抗體來。面對一個垂死的患肺炎的病人，醫生可以從冰箱中取出一小瓶針對這一特定細菌的抗體來，有效地治愈病人。鮑林想像著以工業規模製造出種種靈丹妙藥。人造抗體將給醫藥行業帶來一場革命。有人會因此而一夜暴富。他讓坎貝爾同時對這一問題展開研究。 1940年春天，鮑林期待著實驗的結果。他對發表自己的觀點尚缺乏信心，因而開始在科學會議上分發闡述自己思想的論文手稿。每個人似乎都對他的理論很感興趣，儘管在確切的實驗結果出來之前沒有人會完全接受他的思想，連蘭德施泰納對他的抗體形成理論也只是抱謹慎的樂觀態度。 坎貝爾的研究工作於事無補。儘管他的實驗證明了鮑林對抗體二價性的認識，但是最關鍵的部分——雙重抗體試驗和人造抗體——沒有取得令人信服的結果。但是鮑林覺得自己已經等得夠久了。實驗結果並沒有證明自己的理論，但是同時也沒有推翻自己的理論。他的論文畢竟只是一篇理論文章，是對進一步實驗的指導，而非最終的定論。 1940年6月，鮑林將自己關於抗體形成的論文送交《美國化學學會學報》。 這篇論文看來是又一個令人振奮的成功之作。論文體現了鮑林慣有的簡潔和自信的風格。文章一開始就回答了鮑林提出的幾個問題：“哪一種最為簡單的分子結構可以用來解釋觀察到的抗體的性質？形成這樣一種分子，最簡單、最合理的過程是怎樣的？”鮑林令人信服地指出，兩價的抗體分子，每一頭與一個抗原的某一表面互補，對解釋沉澱反應來說既是充分的，也是必要的。他描述了蛋白質鏈的折疊如何能使抗體獲得具有某一特異性的形狀。他解釋說，通過幾個相對較小的力的共同作用——帶正電和帶負電區域之間的靜電引力，氫鍵，范德瓦爾斯力——就可以形成將抗體和抗原結合在一起的“膠水”。而這一點正是他的理論最令人著迷的一面。抗體，這些結構最為精確的蛋白質，是通過自然界中這種最弱和最不確定的連接方式獲得其特異性的。 對於自己的理論在很短的時間內取代了以往的模板理論，並成為抗體成形最主要的理論，鮑林又驚又喜。他欣喜地收到幾百封請求將他的論文複印的信函，這超過了他以往的任何一篇論文。 他再次進入了一個新的領域，將威力無窮的結構化學帶進了免疫學研究中。他再次高奏凱歌。 就在鮑林將抗體論文送交發表前，他在校園裡散步時遇見了馬克思·德爾布呂克，一個專攻生物學的物理學家。這位對新生物學的奧秘感興趣的跨學科學者同樣受到洛克菲勒基金的資助；鮑林十分欣賞這位德國移民，他認為德爾布呂克通過病毒這樣最簡單的生命形式展開生物學研究是“很有道理的”。德爾布呂克知道鮑林近來對抗體情有獨鍾，就建議他閱讀一下帕斯卡·約爾丹最近幾年的一些文章。這位德國學者在這些文章中提出，兩個一樣的分子在量子力學共振的作用下，會彼此吸引。他認為，這一現象可以幫助解釋諸如基因和病毒——照他的說法，甚至還包括抗體——那樣的分子為什麼具有精確地複制自身的本領。鮑林對此產生了極大的興趣，他和德爾布呂克一起到圖書館中將約爾丹的這些論文找了出來。德爾布呂克記得，在研究了五分鐘之後鮑林就宣稱，約爾丹的理論是“胡扯”。幾天后，鮑林對德爾布呂克說：“我就此問題給《科學》雜誌寫了一個短箋；你我聯合署名如何？”德爾布呂克對這篇文章沒有做任何實質性的工作，但是他不想失禮，因而同意籤上自己的名字。 鮑林的“短箋”後來被證明具有預言的性質。他和德爾布呂克合作的“生物工程中分子間作用力的實質”在1940年夏天發表在《科學》雜誌的討論欄中。文章首先用鮑林典型的直截了當的語言反駁了約爾丹關於共振是相同分子間引力基礎的觀點——“我們的結論為，約爾丹運用這一理論的方式是錯誤的，他以此為出發點來解釋生物現象的做法是不可取的”——接著鮑林陳述了自己的觀點：“我們……覺得在對分子間引力和分子的酶綜合作用的討論中，應當著重考慮互補性。”互補的形狀就像沖模和硬幣的關係，正是這種關係造就了生物學中的特異性。鮑林特別強調了在分子復制自身的情況下這樣一個概念的重要性，即“互補性也許就是一致性”。 除了打擊了約爾丹之外，這篇短文在浩瀚的文獻中幾乎沒有泛起一絲漣漪。直到多年之後，它才被重新發掘出來，並被科學史專家頌揚為一門新科學的奠基之作，是“分子生物學的宣言”。 DNA將成為互補性和一致性合二為一的一種分子。 連續幾個月，鮑林向韋弗表達了自己對免疫學日益高漲的興奮之情，特別還說明這是人工製造抗體的機會。鮑林在1941年初提出了一項非正式的資助申請：每年兩萬美金，用以全面開展免疫化學研究的一個項目。這筆錢將使加州理工學院能夠僱用三個研究助理，三個研究生助手，一個訪問教授，一屋子的實驗用動物，一個用最好的儀器配備起來的實驗室。這筆錢相當於鮑林為整個結構化學所作的預算，韋弗在2月份訪問加州理工學院期間，告訴鮑林他的要求“太過分了”。鮑林將申請數額壓縮了幾乎一半。韋弗首先請教了這一領域內的一些知名學者。蘭德施泰納和其他人告訴他說，人工製造出抗體將具有“革命性”的意義。在韋弗的積極遊說下，洛克菲勒基金同意在三年中每年向鮑林提供一萬一千美金以資助他的免疫學研究工作。這筆錢使鮑林能夠永久地僱用坎貝爾，給一位前途遠大的青年博士後戴維·普萊斯曼提供資助，並添置了足夠的設備、兔子和注射器以開展實驗工作。 在韋弗接觸過的眾多科學家中，唯一的稍帶警告口氣的意見來自尖刻的英國生物化學家諾曼·皮里。韋弗在筆記中寫道，皮里希望“鮑林不要在一些假設之上再堆砌另一些假設，不要堅持針對每一種可能的情況作出這一假設，現在應該靜候實驗的證據。”換句話說，皮里希望鮑林不要“重蹈林奇的覆轍”。