有句話說得好，第一個吃螃蟹的人是值得佩服的。
而第一個發現某一新物質的偉人們，更是會被我們不斷地稱頌和銘記。
比如提起鐳元素，大家第一時間會想到居里夫人。
但不少將這些新東西理解透徹、令其真正為人類服務的研究者，卻總被我們忽視、忘卻。
就好比這位測定出青黴素結構，促進了其大規模開發生產的女人就鮮少人知。
她就是20世紀偉大的科學家，結構生物學的奠基人多蘿西·霍奇金。
她曾教過撒切爾夫人，先後八次來訪中國，被親切稱“中國人民的老朋友”。
在那個對分子知之甚少的年代，她用X-射線解析了青黴素、維生素B12和胰島素等複雜大分子的結構，大大促進了其人工合成。
因此，她獲得了諾貝爾化學獎。
而當時英國媒體報道這一消息時使用的是類似像“牛津主婦獲得了諾貝爾獎”這樣的標題。
中學課本上，我們就學過分子是由原子構成的，相鄰的原子之間由化學鍵聯結。
由於原子間的相互作用，分子的性質不僅取決於組成原子的種類和數目，更取決於分子的三維立體結構。
然而，分子實在是太小了，一般直徑還不到一納米。
就算是像蛋白質這樣的生物大分子也只有幾納米，難以進行觀測。
過去，化學家最多隻能準確地算出分子化合物中各種元素的比例，隨後再通過推理將分子結構還原出來。
一旦遇到三維空間結構複雜些的分子時，這種推理把戲就不適用了。
20世紀初，化學家正試圖藉助當時風靡一時的X射線來看清分子背後的原子，從而確定其結構。
這在當時還相當不成熟的X射線結構分析法無意中吸引了多蘿西的注意。
這使她蠢蠢欲動，非常熱烈地想要了解和進行相關方面的研究。
要知道，自從多蘿西10歲時親手作出了藍色的硫酸銅晶體後，就深深迷戀上了化學。
每當她在課本上看到有趣的化學實驗時，都會自己想方設法動手做一遍。
興趣使然，多蘿西考入牛津大學，在當時只收女生的薩莫維爾學院研修化學。
可那裡沒有她心心掛念的X射線結構分析方面的課程。
她只好渾渾噩噩地學了三年的普通化學，期間還一度逃課去鑽研考古學。
牛津大學的薩莫維爾學院
臨近畢業時，她才在一次偶然的機會下真正接觸到X射線結構分析的知識。
她這才明白要想讓X射線成功揭示分子的三維結構，就得先讓分子化合物形成晶體。
經典物理上，光通過不透明體邊緣、穿過狹縫或從劃有平行直線的表面反射時會產生偏折和出現一些彼此平行的亮帶和暗帶。
這種現象被稱為衍射，由此就能生成一幅衍射圖案。
在另一個盤子裡經過一個小圓孔後，在一個盤子上形成的紅色激光束的衍射圖樣
同理，我們可以讓X射線通過一個規則的晶體結構。
結合在晶體中，其原子間距離和X射線波長近似相等。
所以當X射線通過晶體結構時，就會在感光版上形成很多暗點，這些暗點組合成了X射芯感光條紋。這些紋便可間接描述了晶體中原子的排列。
緊接著，確定原子之間的相對位置之後，就能構建出分子結構模型。
這是一種x射線衍射模式，當X射線聚焦在晶體材料上，每一個點都是由散射x射線穿過晶體的相干干擾形成的衍射
雖說理論不難理解，但在當時實施起來卻不亞於登天的難度。
一來當時技術落後，生物分子往往難以製備、純化和結晶。
二來在那個沒有計算機的時代，所有分析衍射圖案涉及到的迭代計算都得靠人為來完成。
多蘿西深知在牛津已經不可能再學到這方面的新東西了。
但她不願放棄對它的探索，便又前往劍橋大學攻讀博士。
在那裡，她遇上了X-射線晶體學的開拓者貝爾納，並成為了他實驗室的助手。
正是這位導師淵博的學識深深影響了她，使得她在該領域大放光彩。
讀博期間，她就和導師貝爾納一同發表了胃蛋白酶的X射線衍射圖案。
這可是科學界第一次成功得到高質量的蛋白質晶體衍射圖案。
貝爾納
雖然她在自己熱愛的學業上突飛猛進，但在生活上卻擁有了越來越多的煩惱。
其中，最令她無法忍受的是整個大學對女性的歧視。
即便她的能力高於許多男同事，但由於她是婦女而得不到應有的報酬。
劍橋大學全年只付給她75英鎊的生活津貼，就沒有支付任何薪水了。
這壓根就沒法負擔得起她的生活，後來靠著姑媽資助的200英鎊才熬過在劍橋的研究生涯。
為了維持生計，她只好答應在1934年回到母校牛津大學教授化學。
而她這一干就幹了43年，直到1977年退休。
在30年代的英國，女科學家的事業始終不能一帆風順。
當她提出教學之餘繼續科研工作時，牛津大學不相信她搞得出名堂，也不理會她。
得不到相應的支持，憤懣不平的多蘿西就拿大學博物館裡一個的房間當實驗室。
它介於地下室和一層之間的位置，窄小到只能放下實驗設備，讓人倍感壓抑和恐怖。
如此簡陋的條件使她顧不上做實驗的危險。她很快就患上了慢性類風溼性關節炎。
後來日益加重的病情使它她的手開始水腫甚至變形，她依舊堅持做實驗。
正是在這裡，多蘿西利用X射線衍射研究了多種具有生物活性的分子，如維他命B12、胰島素等。
其中，她取得的最重要突破就是青黴素的分子結構測定。
人類偶然發現了青黴素，總算是找到了攻克細菌的妙方。
可早期青黴素的合成和大規模生產相當困難，總會遇到性質不穩定性、低純度和低產量等難題。
後來在各方的努力下人們實現了將其商品化，但生產方法始終依賴青黴菌或者改良的青黴菌，效率非常低下。
原始的青黴菌
況且，當時人們除了知道青黴素能救命之外，至於它的分子式及其結構等統統一概不知。
多蘿西心裡明白，這些問題如果不搞清楚，就不可能通過人工合成法大規模地生產青黴素。
這也就意味著青黴素很難得到廣泛的應用，救治更多被細菌感染的人。
從1942年開始，她就沒日沒夜地在實驗室裡製備出高純度的樣品，使其形成晶體。
為了能確定晶體的結構，多蘿西總是要拍出數百張晶體的X射線衍射照片分析。
多蘿西構建的青黴素結構模型c
之後，她還要經過複雜的數學推算加上合理的想象 , 來推斷青黴素晶體中原子的具體位置。
此時，多蘿西早已嫻熟地掌握了這些複雜的步驟。
不過，對於像青黴素這樣結構複雜的晶體 ，她也總是不厭其煩地重複這些工序。
有人將此方法比喻成藉助植物在每天不同時刻投在地上的影子 , 來確定它們在一片熱帶叢林中的排列情況。
整整5年的艱苦努力之後 , 多蘿西才終於還原出青黴素的晶體結構。
青黴素的分子模型
同時，她也確定了青黴素分子內部確實存在由三個碳原子和一個氮原子組成的四元環，也就是內酰胺環。
在這基礎上，後來的研究才證明內酰胺環是青黴素抑制細菌生長的關鍵機制。
幾乎所有這類抗生素通過抑制細菌細胞壁生物合成起作用，並對細菌具有致死作用。
人們也據此合成了一系列內酰胺類抗生素，比如常見的頭孢類抗生素。正是她促使了青黴素等內酰胺類抗生素能大規模生產，造福了人類。
各種內酰胺的結構
這一下子震驚世界，也成為結晶學新時代的開端之舉。
多蘿西和她的研究工作也迅速在科學家圈子裡傳開了，獲得諸多認可。
盛譽之下，她並沒有止步於此，而是繼續對其他複雜的分子進行研究。
維生素B12是人體必需的維生素，卻也是最複雜的天然產物。
它被譽為有機合成界的珠穆朗瑪峰，只能由微生物合成，高等動植物是無法完成其合成的。
維生素B12
可一旦人類缺乏維生素B12會引發惡性貧血、神經系統損傷、睡眠質量和記憶力下降等症狀。
與青黴素類似，人們不清楚它的治病原理，更不知道如何生產它。
為此，多蘿西又馬不停蹄對這種未知的分子進行研究。
1957年，多蘿西藉助剛興起的計算機和X-射線衍射技術成功解析了維生素B12的結構。
當她一次大會上維生素B12的研究成果，不少同行一開始都表示不信。
不過，她嚴謹縝密的實驗推理不得不讓他們最後都心服口服。
同時，這項成果也使世界知道了一種全新的分子式 ———鈷化合物的結構。
它不僅大大促使了維生素的人工合成，還為後來發現DNA的結構打下了基礎。
正因如此，她也獲得1964年的諾貝爾化學獎。
有趣的是，英國《每日郵報》報道多蘿西獲得諾獎的消息時還使用了這樣的標題：“牛津主婦獲得諾貝爾獎”。
《每日電訊報》的標題則是“英國婦女獲得諾獎：三個孩子的母親將獲得18750鎊獎金”。
雖說多蘿西埋頭科學研究，卻也像普通人一樣堅守著作為妻子和母親的責任。
當時的她早已結了婚，成為了三個孩子的母親。
之後，多蘿西還常常用“牛津主婦”來打趣自己。
當然，當了40多年老師的多蘿西也帶出了很多優秀的學生。
其中就有一位叫瑪格麗特·羅伯茨的學生就曾跟著她學習化學。
只不過，她後來放棄了研究，以撒切爾夫人之名馳騁英國政壇。
據說，撒切爾夫人成為英國曆史上首位女性首相後，還特意在唐寧街十號官邸內擺放了多蘿西·霍奇金的畫像。
在獲得諾獎的五年之後，多蘿西實驗室發表了胰島素的六聚體結構及詳細的原子模型，確定胰島素的三維結構。
值得一提的是，多蘿西對中國一直有著深厚的感情，被稱“中國人民的老朋友”。
她曾先後8次來到中國，和中國科學家進行學術交流，並提供幫助。
在1972年日本國際晶體學大會上，她主動將中國科學家的成果介紹給西方科學界，首先宣佈是中國人破解了胰島素。
不只是中國，她還促進印度、非洲等地的科學家與國際同行交流。
她對第三世界國家教育和科研的關心，意義遠遠超出了晶體學本身。
晚年的多蘿西因舊疾加重難以離開輪椅，但她要參加1993年在北京召開的國際晶體學大會。可惜的是，她於次年在英國的家中離世，享年84歲。
她是迄今為止英國唯一獲得諾貝爾化學獎的女科學家，英國也曾發行郵票紀念她。
據她的友人回憶，她一生在學校裡是良師益友，在家中是賢妻良母，在社會上是積極的活動家，為促進不同國家與文化相互理解而奔走。
即便多年來貧病交加，她也能直面困難，堅持研究。
正如《為世界而生·霍奇金傳》一書中所言，她是一個為世界而生的、超凡脫俗的天使。
楊建鄴.晶體魔術師——多蘿西·克勞福特·霍奇金[J].世界科學,2005(03):44-46.
佩魯茨.青黴素結構測定第一人[J].科學,1998,50(01):48-50.
劉洛生,張虞毅.化學家與生命物質─記諾貝爾獲獎者晶體化學家多蘿西·霍奇金[J].醫學與哲學,1994(04):53.
Michael White,魏健偉.化學晶體的先驅——多蘿西·霍奇金[J].世界科學,1993(05):60-62.
多蘿西·霍奇金——結構生物學的奠基人，by 田禾
王豔紅.晶體之心——《為世界而生·霍奇金傳》譯後感言[J].生命世界,2005(03):107.
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