世界上能为别人减轻负担的人都不是庸庸碌碌之徒。——狄更斯
书接《渗透》。1963年,米切尔黯然离开爱丁堡大学,回乡下养病,但他绝不放弃化学渗透假说,虽然没有实验证明他是对的,但也没有实验证明他是错的。米切尔就是这样一位科学家,坚守其信念,直到被相反地证据说服。他把乡间别墅翻修成实验室,并找到一位志同道合,而且实验能力超强的女助手莫伊尔。
健客:什么样的女助手啊?
云飞:我看你是八卦之心不死啊!
健客:嘿嘿,男女搭配干活不累嘛。
云飞:莫伊尔比米切尔小1岁,1942年21岁大学毕业,比米切尔早1年。在第二次世界大战期间,她进入英国军事情报机构,很快成为军情八处的女军官。
健客:我知道007和军情六处。
云飞:嗯,英国特工、作家、记者弗莱明以自身为原型塑造了邦德,在定义公众对于军情六处的想象方面发挥了独特的作用。
健客:这个有意思,英国军事情报机构及军情八处是干什么的?
云飞:英国军事情报机构的发展和演变经历百年变迁和多次整合。早在16世纪伊丽莎白一世时代,英国就创设了秘密情报机关。在维多利亚执政时期,女王认为海军霸权完全能够维护统治。因此,就把情报工作交给外交官,显然不够重视。尽管从1887年开始,大英帝国设置了军事情报总局,在军队内创建了海军情报局和陆军情报局,并且在1893年将地形测量和统计局改名为情报署,但是英国情报机构一直形同虚设,作用不大,直到布尔战争失利,让英国政府和情报机构受到来自各方面的强烈谴责。大英帝国才开始认识到情报工作的重要性,对情报机构进行整顿和改革。
健客:布尔战争啊,在《真菌传》中提到过。
云飞:嗯,英国情报机构开始有了明确的分工,英国陆军情报局主要从事搜集国外军事情报的工作,同时还负责动员和本土防务;而反间谍工作则由海军情报局负责。1942年夏末,英国海军情报局配合英美联军进攻。对一直坐在办公室里冥思苦想而牢骚满腹的弗莱明来说,这是难得的实战机会,他奉命组建一支代号“30冲锋队”的先遣队到德军后方活动。
健客:战绩如何?
云飞:他们的任务不是与敌人作战,而是收集第一手情报或向敌军散布假情报。不难看出,这几乎就是后来007系列小说的雏形。
第一次行动,弗莱明率领间谍精英来到美丽的葡萄牙一个叫做卡斯卡伊斯的地方,策划营救阿尔巴尼亚国王索古从德国、意大利占领区潜逃。为此,弗莱明把自己关在卡斯卡伊斯豪华的“太阳酒店”里冥思苦想了好几日,直到他脑海中所设想的每一个环节都万无一失,甚至连敌人的思路都分析得丝丝入扣为止。这时,他才召集队员详细部署。行动当天,两名特工化装成清洁工进入德军严密监视的位于地拉那近郊的国王寓所,将国王夫妇打扮成清洁工,然后让他们大摇大摆地拖着垃圾袋走出大门,这时,事先安排好的一起车祸准时在街对面发生,德国兵赶紧招集人手灭火救人,未曾留意到登上垃圾车远去的竟是要犯!
二战期间,弗莱明曾率领情报突击队,捣毁意大利人在阿尔及尔的海军司令部驻地,缴获大量档案、密码本、暗语及舰队战术命令;还曾搞到最完整的西西里岛沿岸防御工事和布雷图。弗莱明的战绩从他获得的评语可以略见一斑:他的热情、才能和见识都无与伦比,他对海军情报局的战时发展和组织活动做出了巨大贡献。
军情八处,正式名称为电信情报局,负责拦截及破译军事情报,后来被合并到英国国家通信情报局。
秘密情报机关对政权和战争的帮助无需冗言。
二战后,莫伊尔重返校园获得博士学位,专注生物化学实验领域。米切尔和莫伊尔共同创立非盈利研究机构格林研究所,为化学渗透假说找证据的研究计划就此展开。60年代末,他们首先证实“质子水库”的存在:线粒体内外膜之间有明确的酸性浓度梯度,线粒体内膜两侧维持着一定的电位差。
健客:质子水库的水指的是H+吧,但是它们从何而来呢?
云飞:还记得递氢体吗?
健客:好像之前提起过,记不清了。
云飞:柠檬酸循环的代谢产物NADH和FADH2都是递氢体,H+就源于此。具体来说,递氢体通过呼吸链进行氧化,释放出质子和电子,这些质子和电子在呼吸链中传递并最终与氧结合生成水,同时质子动力释放的能量用于合成ATP。
不仅米切尔和莫伊尔,其他科学家也加入验证行列,包括反对化学渗透假说的人。其中一个经典实验:把细胞色素从线粒体中提取出来,放进人造的脂质膜泡中,测得膜外能积蓄起质子浓度。该实验的含义是排除ATP酶和其它所有细胞环境影响质子浓度的可能性。该实验验证了在此之前,没人相信的“质子泵”,符合化学渗透假说的前半段。对米切尔的反感促使雅根多夫和他的美国同事设计了另一个实验:把叶绿体膜分离出来,排除其它一切细胞环境和叶绿体内部结构,在简单的人造环境溶液中加以测试。首先用pH=8的弱碱性平衡内外酸碱度,然后加入酸液把外部pH调整到4。这相当于把米切尔的假说还原到最简结构。结果是,叶绿体膜内马上产生了大量ATP。当时雅根多夫简直不相信自己的眼睛。该实验验证了在此之前,没人相信的“质子动力”,符合化学渗透假说的后半段。
关于葡萄糖氧化量和ATP制造量配不平的问题,化学渗透假说也能够解释。因为制造ATP的数量根本不是受实时的氧化量控制的(实际上是受细胞能量需要控制,由外部化学信号调节)。就像发多少电是受电网用电需求控制的,跟实时的抽水量没有严格对应关系。只有长期、大体上的宏观比例,这就是28-38含糊数字的含义。
最精彩的是通过这个假说找到了众多“解偶联剂”的共性。答案对化学家来说实在是太简单了。以往寻找共性的时候,化学家总是在找它们的反应特性,完全没想到这些东西都有两个最简单的属性:它们都是脂溶性的弱酸。弱酸的特点是两性化:在酸性较大的环境中表现为“碱”,跟氢离子(也就是质子)结合。在中性或碱性环境中恢复酸的本性,释放氢离子。脂溶性使得它们能够自由穿越脂质生物膜,在线粒体内外膜之间的“质子水库”中拽住质子,返回内部释放质子。而且它们受到内膜两侧酸碱度差和电位差的压力变化,会不停地往复运动,就像偷渡船,把泵出去的质子又偷偷给运了回来,只要它们达到一定浓度,ATP制造就会停滞。一个千疮百孔的“上水库”既蓄不了水,也发不了电。
1978年,米切尔独得诺贝尔化学奖。1961年到1978年,17年时间不懂生物化学的“门外汉”登上了荣誉和成就的顶峰。“化学渗透”理论是这样一个介乎化学、物理、生物三个领域之间,出乎所有人想象之外的怪异机制。米切尔在领奖致辞中说:“普朗克曾经说过,一个新的科学理论不是靠使权威反对者信服来取得胜利的,而是靠这些权威反对者逐渐死掉。这是非常悲观但也非常现实的箴言。我最大的成就是证明了普朗克也有说错的时候。”
健客:之前好像提过普朗克,记不清了。
云飞:在《困惑》那篇,量子力学重要创始人之一。
健客:对了,普朗克的那句话,好像也有些耳熟。
云飞:哈哈,在《真菌传》中讲过,中国天体物理学家张双南在窦文涛主持的圆桌派中讲过类似的话。
米切尔不忘感谢凯林和莫伊尔的帮助,他说:“我对偶然的运气使我走到今天这一步,既深受感动,又相当吃惊;我觉得自己很幸运,已故的凯林的关爱和榜样作用极大地鼓舞了我;我的研究助理莫伊尔博士在我最困难的时候巧妙地帮助我减轻了智力上的孤独。”
有人认为,米切尔的工作大大改变了生物化学和运转生理学的面貌。但他说:“让我赶快声明,我并不要求生化的创举,因为我已致力于用最原始、最简单、最普通和传统的生化概念来推导可行的新假说……”他对当时生化思维的叛离,源自于从物理学家、化学家的早期工作以及生物化学家和运转生理学家的最新发现中得到的启发。
有人认为,化学渗透是20世纪最伟大的生物学统一理论。它将生物膜的结构和功能联系起来,将膜电位差和能量产生联系起来,将线粒体和叶绿体内膜中电子传递、质子动力和ADP磷酸化联系起来,很好地解释了氧化磷酸化和光合磷酸化及其能量转化的作用机制。
有人认为,化学渗透可以看作生物体把自然界天然存在的能量,转化成自身能量的过程。有了化学渗透,生命体可以把各种能量来源,不管是热泉的喷发、阳光的照耀,还是美味的猎物,转化成自己的能量货币ATP。虽然科学理论必须可证伪,化学渗透理论也不断面临挑战。但是,化学渗透理论带来的想象力,让我们似乎看见最原始的生命离开行将熄灭的热泉口寻找下一个栖身之所;似乎看见生命放弃对热泉或阳光的依赖,通过吞噬其它生命获取能量;似乎看见人类挣脱食物约束,获得能量自由,飞离地球,探索宇宙。这是米切尔的科学贡献对后世的启发和帮助。就像狄更斯说的,世界上能为别人减轻负担的人都不是庸庸碌碌之徒。
欲知后事如何,且听下回分解。