书城科普读物走进科学丛书:造福人类的大科学家
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第20章 生物化学界的奇女霍奇金夫人

少女的追求

多萝西·克罗福特是一个非常有主见的小姑娘。她认定要干的事,无论谁也无法阻止她。

当她在小学校里接触到那一颗颗色彩斑斓、晶莹润泽的物质晶体时,充满好奇的心便深深地迷恋上了它。她因此与奥妙无穷的化学结下了一世之缘。多萝西当时只有10岁。

早在入学之前,她就已经受到了良好的教育和文化熏陶,她的第一位老师就是妈妈格雷斯·玛丽。

格雷斯·玛丽是一位勤奋好学、天资聪颖的女性,她只有一张中学毕业证书,但凭着一种坚强的毅力,自学了高等学校的课程,成为一个出色的植物学家。

她和多萝西的父亲约翰·克罗福特早在1910年就去了埃及。约翰当时作为一名英国派往埃及教育部的视察官员常驻在开罗。

多萝西就是在那一年的5月12日出生在开罗的,由于第一次世界大战爆发,她4岁就被父母送回了英国,一直和保姆生活在一起。在英国一个秀丽的村庄,多萝西的这种生活持续了5年,一直到战争的结束。

重逢的时刻,多萝西已经9岁了,她现在仍能回忆起那激动人心的一幕:

她的父母在站台上向她走来,幼年时那早已模糊的印象忽然清晰起来,多萝西像只小燕般扑进妈妈的怀抱,当她抬起头时,看到了妈妈脸上流下的幸福的泪水。

在相聚的日子里,父母亲向多萝西倾注了深情的爱,补偿他们的女儿5年来未曾享受的父母亲情。

格雷斯没有放弃对女儿的教育和培养,她明白知识对一个人巨大的影响力,无知就等于愚昧。

在妈妈亲切的启发和诱导下,多萝西幼小的心灵渐渐萌发了求知的欲望。

她首先熟知的是英国辉煌的历史文明,在这个国家千年的文明史中,她隐隐约约觉察到了科学技术对人类发展的巨大推进作用。

妈妈广博的植物学知识也成了多萝西汲取的“养料”,她很快就能在绿草如茵的草地上辨认出不同类别的花草虫鸟。童年的启蒙教育对多萝西的一生产生了巨大的影响。

在学校里,多萝西的成绩是最优秀的,对每一门课程,她都抱着极大的兴趣。像她的妈妈一样,她聪明、勤奋、好学上进,经常受到老师的表扬。

由于条件所限,学校开设化学课后,做化学实验是一件比较困难的事,药品和设备短缺,大部分时间学生只能观看老师演示,因此,能够亲自做化学实验一直是多萝西的梦想。

机会终于来了。由于多萝西对化学的特殊爱好和她的优异成绩,她理所当然地参加了学校为学生们精心安排的一次化学实验。

多萝西兴奋极了,当她拿起一支盛有溶液的试管时,心情之激动是不言而喻的。

一个人一生目标的选定,很多是在童年时代,某种主观或客观原因的影响都可能引起他幼小心灵的振撼,从而奠定他奋斗的基石。多萝西就是这样的。

1923年,多萝西来到了苏丹首都喀土穆。这时,她的父亲已被任命为苏丹教育部的教育与考古主任。

喀土穆是一座美丽宁静的城市。多萝西在这里愉快地生活了半年。

她开阔了眼界,领略了和英国大相径庭的异国情调,还认识了许多朋友,其中有父亲的好友——土壤化学家约瑟夫博士。

多萝西对约瑟夫怀有浓厚的兴趣,或者确切些说,对他从事的工作情有独钟。

多萝西常借故溜到约瑟夫博士的实验室,看他熟练地做实验。一开始约瑟夫以为她仅仅是好奇,用不了多久就会厌烦,便听任她在实验室随意逗留。

慢慢的约瑟夫看出点苗头来了:这个小姑娘原来是有备而来的,他的实验进行半天,多萝西就能目不转睛地盯上半天。看来她是迷恋上化学实验了。

有一次,约瑟夫要鉴定一块矿石的化学成份,他半开玩笑地对多萝西说:

“亲爱的多萝西,你愿意做我的助手,一起来完成这项工作吗?”

多萝西别提有多高兴了,她可以做一个只有大人才能做的实验了!她忙不迭地回答道:

“谢谢约瑟夫叔叔!”

实验中,多萝西不过做些递递工具、做做记录的辅助工作,但约瑟夫从她那因兴奋而变得通红的脸蛋看得出她内心的喜悦。

从此以后,约瑟夫就有意识地让多萝西做些力所能及的工作。

多萝西在约瑟夫博士的帮助下,掌握了许多实验的基本技能,这些是她在学校无法学到的。

约瑟夫博士预感到:如果勤奋的多萝西能受到系统和优良的教育,她将成为化学界的一朵奇葩。

多萝西要回英国时,约瑟夫博士赠给她许多化学书籍,还把一个小型的“化学实验箱”送给了她。多萝西如获至宝,她决心充分利用约瑟夫博士的赠品,当时她觉得:自己的一生恐怕要和化学连在一起了。

成功者的足迹

1927年,多萝西的父母又被派往巴勒斯坦。由于父亲在考古学方面的渊博知识,他被任命为设在耶路撒冷的英国考古院院长,主持叙利亚和约旦的考古发掘工作。

1928年,18岁的多萝西中学毕业了。异国风情强烈地吸引着她,她又一次来到了父母工作的地方。

当时,她的父亲正在考察一座古老的教堂,这座教堂地处沙漠边缘,是古罗马人于公元初期建造的,人称“千柱城”。

考古队的任务一是发掘教堂周围,二是恢复教堂旧貌,多萝西参加了这令人激动的工作。

多萝西最感兴趣的是绘制教堂内的嵌花地面,这是一个细心而极富技巧性的工作,稍有疏忽,颜色就会出现偏差,达不到“复古”的目的。

对此,多萝西表现出了卓越的才能,她无师自通,绘画技艺足可以和专业人员相媲美,这使她备受鼓舞。

这是让多萝西非常留恋的日子,当时,她甚至想放弃对化学的追求,从事考古业。她的这些思想波动可以从她的自传里看出。

多萝西的父亲则冷静而明智,具有教育学家的远见卓识。作为名牌大学——牛津大学的毕业生,他对女儿的选择有较为实际的看法。

多萝西要上大学深造,这是确定无疑的,但按当时社会经济发展的趋势来看,自然科学将比考古学更有发展前途。因此他建议多萝西报考牛津大学化学系。

多萝西听从了父亲的意见,否则她有可能成为一个二流的考古学家,而非一个名闻遐迩的诺贝尔奖得主了。

英国,有两所举世闻名的高等学府:牛津大学和剑桥大学。

要成为名牌大学的一名学生,必须经过严格的考试,其难度足以令一般考生怯而止步。

多萝西毕业于一所普通的中学,她所学的知识和牛津大学的要求相比,犹如中间有一道不可逾越的鸿沟。

但多萝西是一个勇敢的姑娘,她非常自信,认为自己有能力架起一座跨越鸿沟的桥梁。

她为此开始了奋斗,废寝忘食。

除了所报的专业课程外,多萝西还必须参加拉丁文和一门自选科目的考试。

拉丁文的学习耗费了她极大的精力,因为她从未学习过这种语言,但多萝西还是凭着刻苦的精神和过人的天资靠自学掌握了它。

她把植物学列为应考的自选科目,并轻松地通过了考试。这多亏了妈妈在她幼年时所给予的启蒙和以后的系统教育。

一个人如果认定自己奋斗的目标,并为之做充分的准备和努力,那么他离成功就不会太远了。

1928年,多萝西以优异的成绩考入牛津大学萨默维尔学院化学系,她的第一个目标实现了。

但考古这个充满魅力的事业仍强烈地吸引着她,她想方设法从父亲那里搞来一些发掘出的古物进行研究。直到开始从事X射线分析晶体结构的工作后,她才忍痛割爱,把精力放在自己的专业上。

X射线是1895年由德国物理学家伦琴发现的,1912年,德国物理学家劳厄发现了X射线在晶体中的衍射。后来,英国物理学家布拉格根据劳厄的发现,对一系列的晶体结构进行了分析和确定,并创立了X射线晶体结构分析学。多萝西钻研的就是这门新兴的学科。

顾名思义,X射线晶体结构分析学是以晶体的结构作为研究对象的,这是一个令人望而生畏的领域,每一种晶体结构的确定,都需要研究者们拍摄上百张晶体的X射线衍射照片,根据这些照片进行复杂的数学推算和大胆合理的想象,从而得到晶体中原子或分子的具体位置。

晶体越复杂,所付出的劳动就越多,因此,如果没有极大的耐心和深厚的知识,是无法涉足这一领域的。

在研究之初,多萝西碰到了许多意想不到的困难,她希望有成就的科学家能够帮助她,因为她确确实实感到了在这方面,她的知识是多么贫乏。

1932年,多萝西大学毕业后,她渴望到剑桥大学去深造,因为那里有结晶学的权威——贝尔纳教授。

恰逢此时,她在苏丹认识的“约瑟夫叔叔”来到了英国,他对多萝西的成长又起了一次决定性的作用。在他的推荐下,多萝西的目的达到了,她因此走向了通往成功的大门。

到剑桥后,她不放过任何一次和贝尔纳工作的机会。贝尔纳常常感到很惊讶:这个年轻姑娘怎么会有如此高涨的热情和充沛的精力!

贝尔纳的研究范围极为广泛,对维生素B1、维生素D、胃蛋白酶和几种性激素的晶体都拍摄了大量的X射线照片。多萝西在他的身边,学习了许多分析、研究晶体结构的方法和理论。后来,多萝西曾充满感激地说:她的成功离不开两位科学家的无私帮助,一位是土壤化学家约瑟夫博士,他引导自己走进了化学神秘的殿堂;另一位就是结晶学化学家贝尔纳教授,他交给了自己开启奥秘宝藏的金钥匙。

在剑桥的一年,多萝西的知识极大地丰富了,知识结构也产生了质的飞跃,更为重要的是,她分析和解决问题的能力也大为提高,成了贝尔纳最得力的助手。

也许是她的发展之快引人注目吧,第二年,牛津大学萨默维尔学院邀请她回去任教。

多萝西经过考虑答应了,但有一个条件:不中断她在贝尔纳研究小组的工作,她定期返回剑桥,参加那里的实验研究。萨默维尔学院同意了。

1937年,多萝西获得剑桥大学哲学博士学位,同年,她与青年学者托马斯·霍奇金结为良缘,可谓双喜临门。

多萝西——现在应该称为霍奇金夫人了,已经具备了丰富的结晶学知识,她永不歇止的思想又有了新的目标:在牛津建立自己的实验室。

但牛津大学出于一种习惯势力的影响,对妇女能否在科研上做出成就一直持怀疑的态度,因此霍奇金夫人的建议被拒绝了。她没能得到自己想要的实验室,甚至连一分钱的科研经费都没有。

霍奇金夫人感到愤慨,她发誓要做出成绩来,以此答复那些歧视妇女的习惯势力的卫道士们。

在大学博物馆,她找到了一间阴暗的地下室作为自己的阵地,开始了艰辛的研究。

她既没有助手,也没有足够的实验设备,一切物品都是用她和丈夫的薪水购买来的,为此他们不得不省吃俭用,节省出资金来用于实验。

他们的大儿子一年后也出生了,霍奇金夫人身上的担子更重了,她既要维持正常的教学工作,进行科研实验,还要担负起抚养孩子的重任。霍奇金夫人没有垮下来,她以顽强的毅力证明着自己的能力和价值。

开创新时代

在牛津大学,霍奇金夫人把青霉素的结构作为自己的研究课题。

青霉素最早是由英国细菌学家弗莱明在1928年发现的,但他除了知道青霉素能够杀死其他细菌以外,其他就一无所知了。

1938年,牛津的钱恩博士和弗洛里教授从青霉菌中提取了纯青霉素,经过反复实验,他们发现青霉素是一种杀茵能力极强的抗菌素,可以作为一种治疗疾病的最有效的药物。

临床应用后,青霉素神奇的疗效果然大显神威,治好了许多在痛苦中挣扎的病人。很快,青霉素就风靡全球。

但是,由于青霉素是从天然霉菌中提炼出来的,远远满足不了需要,所以人工合成并大规模生产青霉素就成了科学家们迫在眉睫需要解决的问题。

青霉素的结构分子式是什么?这是生物化学家研究的第一步。

钱恩博士就是一位生物化学家,但他用多种化学方法分析青霉素的结构都没有成功,于是他想到了霍奇金夫人和她的结晶学。

利用X射线照射青霉素晶体,从图片上来分析它的结构,不是一切都迎刃而解了吗?

但钱恩博士深知,这是一项艰难而复杂的工作,也许10年8年都不可能得出结果,霍奇金夫人能坚持下来吗?

他试探地向霍奇金夫人提出了自己的请求,霍奇金夫人很爽快地答应了。

她知道这项工作的巨大困难,尤其对自己来说,没有资金,没有设备,没有人力,一切都得靠自己。

霍奇金夫人没有在困难面前退缩的习惯。况且能否战胜困难正是一个人能力的体现。

她对青霉素晶体做了大量和细致的衍射实验,拍了数以千计的衍射照片,得到了许多有价值的数据。

分析和处理这些数据时,由于条件限制,她用了一台老式的计算器,这台计算器的运算方法极为原始、缓慢,大大延长了霍奇金夫人的研究时间。

经过近10年的艰苦努力,1949年,霍奇金夫人终于精确地测定了青霉素的分子结构,这是人类首次采用X射线结晶学的方法解析生物化学结构,她被认为“开创了结晶学的一个新时代”。

在青霉素研究成功之后,霍奇金夫人又把目光转到了对维生素B12的研究上。

当时,维生素B12的分子式已为人类所知,但它的分子是如何排列的,一直是科学界探讨的话题。

霍奇金夫人运用一种新的实验方法,根据结晶学的原理,清晰地将B12的分子结构表达了出来。

这是她对人类的又一个巨大贡献。贝尔纳曾盛赞她的成就是“结晶技术迄今为止所取得的最伟大成就”。

霍奇金夫人没有为取得的成绩沾沾自喜,60年代初期,她又开始了对胰岛素三维结构的分析研究。

她作出了杰出的贡献,受到了科学界乃至全人类的重视和尊敬,荣誉的桂冠一次次戴在她的头上。

她告别了自己那个阴暗的地下室,因为有一个现代化的实验室可供她支配了,她用行动证明了自己的能力。

1964年,霍奇金夫人获得了当年的诺贝尔化学奖。

科学的道路是没有止境的,霍奇金夫人没有把诺贝尔奖的获得当做自己的最终目标,她仍在孜孜不倦地追求着。