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往事点滴 - 物理所建所八十周年随笔
澳门新萄京官方网站:2009-08-25文章来源: 范海福

   1959年英国晶体学家Dorothy Hodgkin教授应邀访问我国,并在物理所作关于测定维生素B12晶体结构的报告。这是当时世界上已经测定的、最复杂的晶体结构,其不对称单位含有90多个原子(不算氢原子)。Hodgkin研究组为测定这个结构花了七年多的时间。后来,Hodgkin因这项工作以及青霉素等一系列重要的晶体结构测定工作获得1964年的诺贝尔化学奖,并成为英国唯一获得诺贝尔奖的女科学家。在Hodgkin的报告会上,我的老师吴乾章先生提了一个问题:“你试过用直接法去解B12的结构吗?”Hodgkin回答:“没有”。我当时很不理解吴先生的提问,心想:直接法才勉强能对付十来个独立原子的晶体结构,怎么可能用来测定B12?四十多年过去了,现在看来当时我所以不理解是因为缺乏科学的远见。现在的直接法,解一个像B12那样的晶体结构大概只需要几分钟到几个小时。不仅如此,直接法还可以用于测定比B12大100倍的蛋白质结构!这使我想起吴先生1956年引导我做方法研究时说的话:“一个新方法可能比十个新结构更重要!” 
   陆学善先生是我国X-射线晶体学的奠基人之一。他专长相图研究和粉晶X-射线衍射分析。在他主持物理所晶体学研究室(当时叫第四研究组)的工作时,特地聘请比他年轻许多的、北京大学的唐有祺教授到物理所兼职,开展单晶体X-射线分析的工作。唐先生在物理所组建了一个研究组,并指导贾寿泉等人测定了三硫化四磷的单晶体结构(这是在我国测定的第一个单晶体结构)。贾寿泉是我做大学毕业论文时的实验指导老师。唐有祺先生是我在北京大学就读时的晶体学启蒙导师。他为我国培养了一大批晶体学方面的教学和科研人才。 
   1957-1958“反右”-“双反”-“大跃进”中,唐有祺先生在物理所建立的研究组解散了。唐先生也离开了物理所。1959年吴乾章先生担任物理所晶体学室副主任,他负责重新建立了一个从事单晶体结构分析的研究组,并多次转达当时中科院杜润生秘书长的指示:单晶体结构分析的工作应该继续,有“联系实际的工作”,要做;没有“联系实际的工作”,也要做!这是当时的科学院领导在“任务带学科”的大气候下,给晶体学的基础研究留下一个小小的避风港。1960年梁栋材从苏联回国,担任物理所单晶体结构分析组(编号401)的组长。吴先生仍以副室主任的身份分管该组的工作。这个研究组,用现在的眼光看也算是不错的。组内实际工作人数约有十人。他们的学科背景包括数学、物理、化学和医学。有研究人员和技术人员。还有外单位的合作人员。生物物理所的林政炯从1960到1966一直是这个组的常客,对这个组的发展有重要的贡献。这个组具有当时比较好的学术氛围。组内有几个相对独立的课题,有互相学习,有讨论甚至争论,但是没有学术压制。吴先生对组里的工作并不下达指令性的“任务”。他从大处着眼,在当时并不宽松的环境下极力促进单晶体衍射分析在中国的发展。他呼吁要为固体材料研究迅速发展三大衍射(X-射线衍射、电子衍射和中子衍射)。他亲自在原子能研究所组建了我国第一个中子衍射研究组。在物理所,吴先生为年轻人的成长尽力创造条件。他鼓励和支持搞方法研究;请苏联专家И.В. Яворский(约。维。亚沃尔斯基)来指导工作;请数学所王寿仁先生给我们讲授概率论基础。1964-1965年间,中国科学院副院长吴有训老先生每周都用半小时单独了解这个组的工作并作指示。在这一切所形成的“小气候”下,这个组和计算技术研究所董蕴美(现为中科院院士)等人合作,编写了我国第一个通用的单晶体结构分析电子计算机程序库;和上海药物所有关人员合作,在国内首先开展了中药有效成分中的天然有机物的晶体结构测定;和生物物理所林政炯等人合作,经过长期针对蛋白质晶体学的准备,在1966年秋天启动了胰岛素晶体结构分析的实验工作。这个组还在国内首先建立了单晶体的电子衍射技术;开展了X-射线晶体学和电子晶体学中的方法研究。这个小组有三位成员后来当选为中科院院士。 
   “文化大革命”后期,大部分参加胰岛素结构测定的人调到生物物理所。物理所在1980年成立了晶体结构分析方法研究组。主要从事晶体学中的直接法研究。“直接法”是Harker和Kasper在1948年提出的。上世纪五十年代初到七十年代末,国际上的直接法经历了建立理论基础,发展实用算法和在小分子晶体结构分析中推广应用的过程。我们参与直接法研究是从1963年开始的。吴乾章先生、余瑞璜先生和吴有训副院长都十分关注,并给予充分的鼓励和支持。“文革”期间这项工作处境困难,但仍以“黑题目”的状态继续着。郑启泰是当时干“私活”的“同伙”。他后来调到生物物理所,再转到中国医学科学院。这样的“地下研究”其发展速度当然远远落后于国外同行。幸好,我们的工作带有显著的“中国特色”和前瞻性,因而意大利同行C. Giacovazzo 在他1980的专著“Direct Methods in Crystallography”中用了约3页的篇幅加以引述。 
   经历了一场史无前例的“革命”,我们的直接法研究面对着崭新的国际环境。尤其是在1985年两位直接法的先驱J. Karle和H. Hauptman获得诺贝尔奖之后,不少人在问:诺贝尔奖之后的直接法研究,还能做什么?1987年我们在国际晶体学会庆祝Karle和Hauptman获得诺贝尔奖的报告会上,向国际同行作了回答:诺贝尔奖之后的直接法应该走出传统的应用领域。具体的方向有四个:一、从单晶分析到粉晶分析;二、从X-射线晶体学到电子显微学;三、从周期性晶体到非周期性晶体;四、从小分子到生物大分子。实际上,我们当时已经启动了其中三个方向的研究。 
   美国科学院1988年派了一个生物技术代表团访问中国,对有关工作进行全面的调研。其出访报告写成“Biotechnology in China”一书,于1989年出版。其中有对我们八十年代中期部分工作的评论: 
 
   “文献调查中显示,中国的某些研究已经达到国际水平。下节介绍那些在基础和应用生物技术方面最有前途的项目。······在北京物理研究所,······已经使用概率相位推定方法测定越来越大的生物分子的晶体结构。他们是最早发展并使用随机起始、从头相位推定技术的一员。这一方法的优点在于无需对重原子衍生物在不同波长下作重复的测量。最近······用2?分辨率的X-射线单波长异常散射数据重新测定了avian pancreatic peptide的结构,以此展示其方法的精确性。这一方法终将能够直接测定一系列肽和蛋白质的结构。这对蛋白质工程将有广泛而重要的潜在意义。” 
 
   进入二十一世纪以后,我们已经开始部分地兑现了当年美国科学院生物技术代表团所预期的“对蛋白质工程”的“广泛而重要的潜在意义”。现在正为全面地兑现这一“潜在意义”而继续努力。


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