今天,我们需要用计算机来创作蛋白质分子的复杂结构图。然而,大约在40年前,欧文·盖伊斯(Irving Geis)只凭其令人震惊的观察技能就绘出了一幅肌红蛋白的图像。

哪怕是对处于生命活动核心地位的生物大分子偶然感兴趣的人都知道它们在电脑屏幕上所显示的样子。像珀 · 克劳利斯(Per Kraulis)1991年提出的MolScript那样的标准成像软件使我们对这种华美而光亮的纷乱图像已非常熟悉,从VDUs窗口上可以看到,这种连接着许多原子的图像非常醒目,呈失重悬浮状。越是容易就越令人不能忘记的是,该程序设计中的基本视觉效果选择依赖于50年代和60年代早期插图画家们的感性认识和审美观。在这些插图画家中,纽约的欧文 • 盖伊斯无疑是最伟大的一位,他于1997年逝世,享年88岁。

经过对建筑、艺术和设计工作的研究,盖伊斯发现自己的真正专长就是自1948年起任《科学美国人》杂志的首席插图画家和科学工作艺术家。正是凭藉这一能力,他为约翰 · 肯德鲁(John Kendrew)1961年12月发表的论文《蛋白质分子的三维结构》创作了他的第一幅优秀的蛋白质图画,而在今天看来也仍不失为一幅具有良好视觉效果和优美文字说明的杰作。在我查阅过的年度合订本中,尽管书页已弄坏,书角己折卷,书边已撕破并用胶布粘贴加厚,但肯德鲁的论文还是一眼就能认出。

论文插图的视觉效果和文字说明确实珠联璧合,完美无瑕。论文首句是“早期美洲探险家第一次踏上美洲大陆时”,最后一句是“现存生物的研究者的确是站在一个新世界的门槛上”。肯德鲁和盖伊斯实际上是利用一切可利用的手法来描绘他们的新世界。

全文配有分子构架的平面图,电子密度的线性图,各种球杆结构的线条图,X光片和显微照片,此外,还有设备和各种由夹、杆、Lucite图表和多块状雕塑组成的模型的照片。总之,表现了盖伊斯非凡的绘画才能。

论文主题是肯德鲁在1957年5月的一个星期天首次发现的由2600个原子组成的巨头鲸肌红蛋白分子。起先他只研究到6 Å的分辨率,但他决心要达到更高的分辨率——“就像音乐记录一样,所含较高和声的量越大,产生的图像就越高越精确。”他最后采用的2 Å刻度图包括两副1万倍的X光反射照片。终于利用精确数据在50层厚的Lucite记录纸上创建了惊人的三维电子密度等高线图(总共用了他6个月的工作日)。

这种电子密度图“乍看起来似乎毫无规律”,但正如“驾车经过果园,”不同的眼力将看到不同的果树排列状态,因此,肯德鲁发现,如果“从杆轴纵向方位去观察这堆Lucite纸层”(已在较低分辨率下观察到较高密度的集合),那么,这些杆状体就会被看成是一个个具螺旋状的洞。

第二步是构建一种由林立的彩色夹片竖立物组成的模型,这种模型展现了在各适当部位连接每条侧链的整个分子。盖伊斯在描绘这一分子图像时,聚精会神所凝视的,正是这种森林状结构。凭借其对透视、光线、形状和色调的非凡运用能力,盖伊斯终于揭示了这一错综复杂的雕刻般的联接网。37年后的今天来看它,你很难相信这不是用计算机作出来的。

甚至有例为证,我们目前的计算机制图法,包括其所有新特点如动画法和体视法,基本上是在盖伊斯和他的手工画像伙伴先驱们所发明的制图模式上作出—系列强有力的、动态的和便利的注释。

[Nature,1998年12月10日]