世界上能為別人減輕負擔的人都不是庸庸碌碌之徒。——狄更斯
書接《滲透》。1963年,米切爾黯然離開愛丁堡大學,回鄉下養病,但他絕不放棄化學滲透假説,雖然沒有實驗證明他是對的,但也沒有實驗證明他是錯的。米切爾就是這樣一位科學家,堅守其信念,直到被相反地證據説服。他把鄉間別墅翻修成實驗室,並找到一位志同道合,而且實驗能力超強的女助手莫伊爾。
健客:什麼樣的女助手啊?
雲飛:我看你是八卦之心不死啊!
健客:嘿嘿,男女搭配幹活不累嘛。
雲飛:莫伊爾比米切爾小1歲,1942年21歲大學畢業,比米切爾早1年。在第二次世界大戰期間,她進入英國軍事情報機構,很快成為軍情八處的女軍官。
健客:我知道007和軍情六處。
雲飛:嗯,英國特工、作家、記者弗萊明以自身為原型塑造了邦德,在定義公眾對於軍情六處的想像方面發揮了獨特的作用。
健客:這個有意思,英國軍事情報機構及軍情八處是幹什麼的?
雲飛:英國軍事情報機構的發展和演變經歷百年變遷和多次整合。早在16世紀伊麗莎白一世時代,英國就創設了秘密情報機關。在維多利亞執政時期,女王認為海軍霸權完全能夠維護統治。因此,就把情報工作交給外交官,顯然不夠重視。儘管從1887年開始,大英帝國設置了軍事情報總局,在軍隊內創建了海軍情報局和陸軍情報局,並且在1893年將地形測量和統計局改名為情報署,但是英國情報機構一直形同虛設,作用不大,直到布爾戰爭失利,讓英國政府和情報機構受到來自各方面的強烈譴責。大英帝國才開始認識到情報工作的重要性,對情報機構進行整頓和改革。
健客:布爾戰爭啊,在《真菌傳》中提到過。
雲飛:嗯,英國情報機構開始有了明確的分工,英國陸軍情報局主要從事蒐集國外軍事情報的工作,同時還負責動員和本土防務;而反間諜工作則由海軍情報局負責。1942年夏末,英國海軍情報局配合英美聯軍進攻。對一直坐在辦公室裏冥思苦想而牢騷滿腹的弗萊明來説,這是難得的實戰機會,他奉命組建一支代號“30衝鋒隊”的先遣隊到德軍後方活動。
健客:戰績如何?
雲飛:他們的任務不是與敵人作戰,而是收集第一手情報或向敵軍散佈假情報。不難看出,這幾乎就是後來007系列小説的雛形。
第一次行動,弗萊明率領間諜精英來到美麗的葡萄牙一個叫做卡斯卡伊斯的地方,策劃營救阿爾巴尼亞國王索古從德國、義大利佔領區潛逃。為此,弗萊明把自己關在卡斯卡伊斯豪華的“太陽酒店”裏冥思苦想了好幾日,直到他腦海中所設想的每一個環節都萬無一失,甚至連敵人的思路都分析得絲絲入扣為止。這時,他才召集隊員詳細部署。行動當天,兩名特工化裝成清潔工進入德軍嚴密監視的位於地拉那近郊的國王寓所,將國王夫婦打扮成清潔工,然後讓他們大搖大擺地拖著垃圾袋走出大門,這時,事先安排好的一起車禍準時在街對面發生,德國兵趕緊招集人手滅火救人,未曾留意到登上垃圾車遠去的竟是要犯!
二戰期間,弗萊明曾率領情報突擊隊,搗毀義大利人在阿爾及爾的海軍司令部駐地,繳獲大量檔案、密碼本、暗語及艦隊戰術命令;還曾搞到最完整的西西裏島沿岸防禦工事和佈雷圖。弗萊明的戰績從他獲得的評語可以略見一斑:他的熱情、才能和見識都無與倫比,他對海軍情報局的戰時發展和組織活動做出了巨大貢獻。
軍情八處,正式名稱為電信情報局,負責攔截及破譯軍事情報,後來被合併到英國國家通信情報局。
秘密情報機關對政權和戰爭的幫助無需冗言。
二戰後,莫伊爾重返校園獲得博士學位,專注生物化學實驗領域。米切爾和莫伊爾共同創立非盈利研究機構格林研究所,為化學滲透假説找證據的研究計劃就此展開。60年代末,他們首先證實“質子水庫”的存在:線粒體內外膜之間有明確的酸性濃度梯度,線粒體內膜兩側維持著一定的電位差。
健客:質子水庫的水指的是H+吧,但是它們從何而來呢?
雲飛:還記得遞氫體嗎?
健客:好像之前提起過,記不清了。
雲飛:檸檬酸迴圈的代謝産物NADH和FADH2都是遞氫體,H+就源於此。具體來説,遞氫體通過呼吸鏈進行氧化,釋放出質子和電子,這些質子和電子在呼吸鏈中傳遞並最終與氧結合生成水,同時質子動力釋放的能量用於合成ATP。
不僅米切爾和莫伊爾,其他科學家也加入驗證行列,包括反對化學滲透假説的人。其中一個經典實驗:把細胞色素從線粒體中提取出來,放進人造的脂質膜泡中,測得膜外能積蓄起質子濃度。該實驗的含義是排除ATP酶和其他所有細胞環境影響質子濃度的可能性。該實驗驗證了在此之前,沒人相信的“質子泵”,符合化學滲透假説的前半段。對米切爾的反感促使雅根多夫和他的美國同事設計了另一個實驗:把葉綠體膜分離出來,排除其他一切細胞環境和葉綠體內部結構,在簡單的人造環境溶液中加以測試。首先用pH=8的弱鹼性平衡內外酸鹼度,然後加入酸液把外部pH調整到4。這相當於把米切爾的假説還原到最簡結構。結果是,葉綠體膜內馬上産生了大量ATP。當時雅根多夫簡直不相信自己的眼睛。該實驗驗證了在此之前,沒人相信的“質子動力”,符合化學滲透假説的後半段。
關於葡萄糖氧化量和ATP製造量配不平的問題,化學滲透假説也能夠解釋。因為製造ATP的數量根本不是受實時的氧化量控制的(實際上是受細胞能量需要控制,由外部化學信號調節)。就像發多少電是受電網用電需求控制的,跟實時的抽水量沒有嚴格對應關係。只有長期、大體上的宏觀比例,這就是28-38含糊數字的含義。
最精彩的是通過這個假説找到了眾多“解偶聯劑”的共性。答案對化學家來説實在是太簡單了。以往尋找共性的時候,化學家總是在找它們的反應特性,完全沒想到這些東西都有兩個最簡單的屬性:它們都是脂溶性的弱酸。弱酸的特點是兩性化:在酸性較大的環境中表現為“鹼”,跟氫離子(也就是質子)結合。在中性或鹼性環境中恢復酸的本性,釋放氫離子。脂溶性使得它們能夠自由穿越脂質生物膜,線上粒體內外膜之間的“質子水庫”中拽住質子,返回內部釋放質子。而且它們受到內膜兩側酸鹼度差和電位差的壓力變化,會不停地往復運動,就像偷渡船,把泵出去的質子又偷偷給運了回來,只要它們達到一定濃度,ATP製造就會停滯。一個千瘡百孔的“上水庫”既蓄不了水,也發不了電。
1978年,米切爾獨得諾貝爾化學獎。1961年到1978年,17年時間不懂生物化學的“門外漢”登上了榮譽和成就的頂峰。“化學滲透”理論是這樣一個介乎化學、物理、生物三個領域之間,出乎所有人想像之外的怪異機制。米切爾在領獎致辭中説:“普朗克曾經説過,一個新的科學理論不是靠使權威反對者信服來取得勝利的,而是靠這些權威反對者逐漸死掉。這是非常悲觀但也非常現實的箴言。我最大的成就是證明了普朗克也有説錯的時候。”
健客:之前好像提過普朗克,記不清了。
雲飛:在《困惑》那篇,量子力學重要創始人之一。
健客:對了,普朗克的那句話,好像也有些耳熟。
雲飛:哈哈,在《真菌傳》中講過,中國天體物理學家張雙南在竇文濤主持的圓桌派中講過類似的話。
米切爾不忘感謝凱林和莫伊爾的幫助,他説:“我對偶然的運氣使我走到今天這一步,既深受感動,又相當吃驚;我覺得自己很幸運,已故的凱林的關愛和榜樣作用極大地鼓舞了我;我的研究助理莫伊爾博士在我最困難的時候巧妙地幫助我減輕了智力上的孤獨。”
有人認為,米切爾的工作大大改變了生物化學和運轉生理學的面貌。但他説:“讓我趕快聲明,我並不要求生化的創舉,因為我已致力於用最原始、最簡單、最普通和傳統的生化概念來推導可行的新假説……”他對當時生化思維的叛離,源自於從物理學家、化學家的早期工作以及生物化學家和運轉生理學家的最新發現中得到的啟發。
有人認為,化學滲透是20世紀最偉大的生物學統一理論。它將生物膜的結構和功能聯繫起來,將膜電位差和能量産生聯繫起來,將線粒體和葉綠體內膜中電子傳遞、質子動力和ADP磷酸化聯繫起來,很好地解釋了氧化磷酸化和光合磷酸化及其能量轉化的作用機制。
有人認為,化學滲透可以看作生物體把自然界天然存在的能量,轉化成自身能量的過程。有了化學滲透,生命體可以把各種能量來源,不管是熱泉的噴發、陽光的照耀,還是美味的獵物,轉化成自己的能量貨幣ATP。雖然科學理論必須可證偽,化學滲透理論也不斷面臨挑戰。但是,化學滲透理論帶來的想像力,讓我們似乎看見最原始的生命離開行將熄滅的熱泉口尋找下一個棲身之所;似乎看見生命放棄對熱泉或陽光的依賴,通過吞噬其他生命獲取能量;似乎看見人類掙脫食物約束,獲得能量自由,飛離地球,探索宇宙。這是米切爾的科學貢獻對後世的啟發和幫助。就像狄更斯説的,世界上能為別人減輕負擔的人都不是庸庸碌碌之徒。
欲知後事如何,且聽下回分解。