尹传红

多萝西·克劳福特·霍奇金在X射线结晶分析方法上所做的开拓性工作，对理解生物的化学组成及特性意义重大，同时也为合成青霉素、维生素B12等重要物质铺平了道路。

为闪闪发光的东西着迷

实验室里的桌子上放着一架试管和其他一些化学器皿，瓶子里装着各种晶体、粉末和溶液。11岁的多萝西·玛丽·克劳福特（即后来的霍奇金）屏住呼吸，把小小的酒精灯火焰里的白金丝转了一下，它的一端渐渐出现了一粒彩色的珠子。

“哇！太奇妙了！”三个小女孩惊奇地望着这一切。过了些日子，多萝西又和同学们制取明矾和硫酸铜溶液，并在此后的几天里观察溶液慢慢蒸发，晶体逐渐显现，像珠宝一样有许多切面，闪耀着光芒。多萝西被在科学课上看到的奇异现象深深地迷住了。

1922-1923年期间，多萝西休学6个月，从英国去往非洲的苏丹，探望在那儿从事文化工作的父母。有一天，母亲带着她和妹妹去拜访化学家A.F.约瑟夫时，正赶上一支地质探险队带回了在溪流中发现的小小的天然金块。

为了逗孩子们高兴，探险队员们把黄金扔到一盆沙和水里，演示如何通过轻轻地摇动盆子，逐渐把沙排出，淘出金子来。这使多萝西燃起了做试验的迫切渴望，她和妹妹从厨房里找来一只马口铁的盆子，打算用它从花園中的一条沟里淘金。

她们没有找到金子，倒发现了一些发光的黑东西。多萝西猜测那可能是二氧化镁，便跑去约瑟夫叔叔的实验室向他请教，还提出要求：是否可以让她做几个试验？“就那样，他只好帮我一把。那矿石是钛铁矿，即铁和钛氧化物的混合物，而我的化学课本里并没有提及钛。”霍奇金回忆说。

多萝西对科学的热情感染了约瑟夫。在她离开时，约瑟夫送给她一套勘定和鉴别矿物质的专业工具作为礼物。工具箱连同其中的酒精灯、木炭、吹管以及48支装着矿物的小试管，后来成为多萝西在英格兰的家中阁楼实验室里有价值的添补。闲暇时，她通过添加不同的矿物，用酒精灯烧出各种颜色的硼砂珠子，逗妹妹们开心。不过，因为这些珠子并不能串起来做项链，又使她们颇感失望。

看到一个奇妙的世界

在多萝西15岁生日那天，母亲精心给她挑选了一份生日礼物—用X射线研究物质微观结构的先驱威廉·亨利·布拉格爵士（1915年诺贝尔物理学奖获得者）撰写的两本小册子：《关于事物的本性》和《老行当与新知识》。书中有一段描述，多萝西读后非常激动，激起了洞悉晶体结构的强烈愿望。

“我们现在可以了解许多以前不懂的食物，可以看到一个奇妙的世界并进行探索……而X射线的发现使我们能够深入地看到固体的结构，仔细观察其组成的方式。我们进入了这样一个时代—能够看到为什么一种物质包含这样那样的原子，有着这样那样的性质—新能力能使我们对使用物质材料的所有途径都有全新的认识。”

渐渐地，一度钟情于考古学的多萝西，兴趣转向了与生物有关的化学。恰在这个时候，她的一位远房表哥查尔斯·罗伯特·哈林顿，由于发现了对调节人体新陈代谢十分重要的甲状腺素而出了名，多萝西便在母亲的鼓动下给他写信，请他推荐一本生物化学方面的著作。

哈林顿推荐的是帕森斯所著《生物化学基础》。书中很有远见地写道：要研究生物体内发生的化学变化，再没有比从研究参与组成所有的细胞与组织的最重要、最富特色的物质—蛋白质的性质与行为开始更合适的了。

正是这本书，引领多萝西踏上了科研的征途。

蛋白质晶体学研究的开始

“因为，智慧先领他走弯曲的路，先试探他，使他畏惧恐怖，用自己的纪律磨炼他，以自己的诫命试探他，直到对他有了信任。然后，她再领他走直路，使他欢乐，用自己的秘密启示他。”这是刻在牛津大学一个新实验室门前碑铭上的一段话，多萝西随父母参观时看到，留下了十分深刻的印象。

这之后大约一年光景，1928年10月，多萝西进入牛津大学萨默维尔学院学习化学，毕业后经约瑟夫叔叔介绍去往剑桥大学，师从运用X射线晶体学研究生物分子的先驱人物J.D.伯纳尔。

此时，X射线晶体学尚是一门融合数学、物理和化学的相对较新的交叉科学。X射线晶体学技术被化学家用来获取与分子的原子结构相关的信息：被X射线照射的物质必须首先被结晶化。当一束X射线穿过晶体时，一些光波会向不同的方向散射，从而形成一种晶体内的原子呈现独特排列的模式。

知道原子是如何排列的，就能反推分子的结构和形状，进而推测出其功能。 多萝西最初取得的成就，是与伯纳尔合作，在完成蛋白质晶体成像之后，对胃蛋白酶这种小分子蛋白质的构造做出预测。这项工作除了实验以外，还需要进行大量复杂的数学计算和精密分析。

他们的实验第一次表明，酶都有特殊的结构，这样每一个原子在合适的空间中都占有特殊的位置，而且可以“猜测”出它们在蛋白质分子中是如何排列的。他们还发现，给蛋白质拍摄X射线的秘诀是使其保持湿润（晶体在空气中干燥时失去了水分，而水分对其结构稳定性非常重要）。如今大多数蛋白质X射线晶体学家都认为，这是本学科诞生的时刻。而蛋白质晶体学研究的开始，也是多萝西一生中最重要的科学阶段之一。

1937年，多萝西获得剑桥大学博士学位，并与非洲事务专家托马斯·霍奇金结婚，名字改为多萝西·克劳福特·霍奇金。这一阶段，正处于事业上升期的霍奇金饱受类风湿关节炎的折磨，还有大学里对女性科研人员的歧视，但她仍坚持科学研究。第二次世界大战爆发后，许多科学家都投入到与战争相关的一些研究工作之中。霍奇金的研究重点也发生了改变。

一生为化学和晶体所俘虏

那是一个昏暗、沉闷的房间，里边的哥特式窗户高高在上，看起来就像是修道士的密室一样。窗户下面，是个只有借助梯子才能爬上去的阳台摄影室。霍奇金常常要爬上去，为她的晶体做X射线分析。

那时，她着重研究的是青霉素，一种由特异青霉产生、远远超过以前任何已知抗生素药效的药物。它是战场上的救命“神药”，可其分子结构尚未明了，人工方法合成和大规模生产无从谈起。

经过大量的实验分析和上千次计算，霍奇金终于在1945年测定了青霉素的晶体结构。这是人类首次利用X射线晶体学技术测定一种大分子生物化学物质，标志着结晶学进入了一个崭新的时代—生物学时代。这一成就同时也为研究抗生素的作用方式提供了重要的线索。

“那真是美好的一天，我们首次以三维空间构建其模型，我们打电话通知亲朋好友来看看青霉素真正的样子。”霍奇金后来回忆说。

霍奇金發现青霉素包含一种与众不同的成分，叫β内酰胺环。她坚信，青霉素分子的核心是3个碳原子和1个氮原子组成的环。可当时化学界却普遍认为，这种结构极不稳定，根本不可能存在。其中，有位名叫约翰·康福思的澳大利亚化学家，恼怒地声称：“如果那就是青霉素的分子式的话，我将放弃化学研究，转行去种蘑菇。”

过后不久，霍奇金推测的分子式被证明是正确的，这成了从化学上合成改良青霉素的起点。而那位口出狂言的化学家则承认自己失言，他继续从事化学研究，并在30年后因酶催化反应的立体化学的研究，获得了1975年诺贝尔化学奖。

在“晶体魔术师”霍奇金的努力下，一套全新的研究生物分子的方法被建立起来。1956年，她测定了维生素B12的结构；1969年，她又测定了胰岛素的结构。这些药物由此能以人工合成的方式生产出来，大大满足了社会需求。

由于运用X射线技术测定了重要生化物质的结构，霍奇金获得了1964年诺贝尔化学奖，成为63年来化学领域的第三位女性获奖者，也是第一个获此殊荣的英国女性。次年，她被授予英国功绩勋章，这是英国公民可以获得的最高荣誉。1962年化学奖得主马克斯·佩鲁茨认为，授予霍奇金诺贝尔化学奖，不仅仅在于她确定了几种重要的化合物的结构，而且还在于她扩展了化学本身的疆界。

“我这一生为化学和晶体所俘虏。”霍奇金曾经这样笑谈自己。晚年的她，是世界和平与裁减军备的拥护者和民族自由奋斗的强烈支持者。她还热情帮助过中国、加纳、印度等第三世界国家的科研，生前共8次访问中国。1994年7月29日，霍奇金在家中病逝，享年84岁。

钟情于获取知识的方式

其实，多萝西的母亲对那两本书也很感兴趣。她没有上过什么自然科学课程，完全是靠自学而成为植物学和古代织物的专家。她关注用X射线研究物质微观结构，是出于考古学方面的原因：发现陶瓷碎片、棉花、亚麻丝等不同物质里的原子排列方式。

而多萝西则是着迷于获取知识的方式：让X射线穿过晶体，研究原子对X射线的衍射。通过课外阅读她早已懂得，晶体外表面特定的夹角以及平坦的面，反映了内部原子排列的规则和重复。晶体包含着在三维上重复的单位，就像墙纸的花纹在二维上无限重复一样。“我开始将X射线衍射看作一种方法，可以用它来探究学校化学课中提出却未得到解答的许多问题——固体和生物物质的结构。我很庆幸自己的愿望得到了满足。”