1962年揭牌时的分子生物学实验室

偶然成长

20世纪50年代末的一个夏天，一个苏联代表团来到剑桥要求参观“分子生物学研究所”。当我把他们带到位于物理系卡文迪许实验室（该实验室是以它的捐助人的名字命名的）前面的那间破旧不堪的预制小屋时，他们挤作了一团，一直到最后，有一个人问我：“您冬天在哪儿工作？”他们想知道我是怎样筹划我们这一成功的研究小组的，他们想象我与诺亚为他的方舟挑选动物一样，已经招募了一个跨学科的科研小组：两位数学家、两位物理学家、两位化学家、两位生物化学家和两位生物学家，并且要他们解决生命物质的原子结构问题。让苏联代表团感到失望的是，我们这个机构的成长纯粹是任意的，没有任何计划，我只是让我手下的人做了他们恰巧喜欢做的事情而已。

图1约翰 · 德斯蒙德 · 伯钠尔，蛋白质晶体的X-射线衍射的发现者

蛋白质是个黑箱子

1936年，当我作为一名从维也纳来的研究生加人到伯钠尔（J. D. Bernal）的晶体学实验室时，它还只是著名的卡文迪许实验室（当时的主任是原子核的发现者欧内斯特 · 卢瑟福（Emest Rutherford），他被认为是世界上最伟大的实验物理学家）下属的一个又小又破的子部门。我是被当作一名化学家来接受训练的，而另一方面，我的兴趣却在其他方向上。当时人们刚刚发现，生命细胞中的所有化学反应都是由酶来催化的，并且所有的酶都是蛋白质。基因也被认为是由蛋白质组成的，但是人们却对蛋白质的结构一无所知，就更不用说它们的反应机理了。它们是黑箱子。因此，蛋白质的结构问题看来就是生物学的中心问题，而X-射线晶体学是唯一一种能够在原则上解决这一问题的方法。

血红蛋白入场了

血红蛋白很容易获得，而且它碰巧还是仅有的几种已经被晶化的蛋白质之一。在为找到蛋白质的种类特异性的早期尝试中，两位来自华盛顿卡内基研究所的科学家公布了各种不同动物的详尽的血红蛋白结晶图（Reichert & Brown 1909）。1937年。当我开始对血红蛋白结晶进行X-射线分析时，人们对它还知之甚少，对其结构信息的一点一滴的了解都是宝。剑桥呼吸生理学家约瑟夫 · 巴克劳夫特（Joseph Barcroft）曾经评论道，一张邮票的背面就可以写下人们对血红蛋白的全部认识。我的第一个研究结果表明，血红蛋白是具有明确原子结构的球状体，每一个结构都是由两个不能被扩散性电解液所穿透的相同部分所组成，并且它的四个血红素大致是相互平行地排列的。当时，连蛋白质都还仍然被广泛地认为是羊毛状的胶体，因此，这个结果在观念上确实是新的。但问题是，该怎样更深入地研究下去呢？

幸运之神的两次敲击

卢瑟福于1937年去世了，而X射线分析学的奠基人劳伦斯 · 布拉格（W. L. Bragg）接替他成为卡文迪许实验室的教授。这对实验室中的原子物理学家来说是一次打击，而对我来说却非常的幸运。那时，布拉格已经开始确定普通盐中的钠和氯的位置了，而且他对X射线分析学或许可以延伸到非常复杂的生命细胞分子的思想非常着迷。希特勒吞并了我的祖国奥地利之后，我的钱用完了。这时，布拉格从洛克菲勒基金会得到了一笔捐助来支持我的研究，这挽救了我的科学生涯。在60年代中期之前，这种支持一直在继续。现在证明，这种支持对于我们这个研究小组的成功是至关重要的。

图2 1965年左右的劳伦斯 · 布拉格爵士

在战争即将结束时，布拉格推荐一个大学讲师的职位给我，但是剑桥大学这台机器运转得实在是太慢了，一直到了9年之后，我才如愿以偿当上了剑桥的讲师。而另一方面，洛克菲勒基金会却认为我的薪水应该由剑桥大学来支付，而不是他们。我发觉自己好像失业了一样。1945年，约翰 · 肯德鲁（John Kendrew）加入了我们的队伍，并且在那个时候，他已经开始对成年的以及胎儿的绵羊血红蛋白进行了比较成功的X-射线研究。当然，相对于X-射线分析学的状态来说，这些研究还显得有些不够成熟。他得到了为期两年的资助，但以后就什么都没有了。

剑桥大学的另一位伟大的科学家，大卫 · 柯宜林（David Keilin）把我们从这一黯淡的前景中解救了出来。这位出生于俄国的和蔼可亲的生物学家发现了细胞色素，并且曾做过孟尔藤诺寄生虫学研究所的所长。他为肯德鲁和我在他的生物化学实验室留下位置并以此来着手准备我们的结晶研究。他对所有的血红素蛋白质都非常感兴趣，包括血红蛋白。

分子生物医学研究小组的建立

柯宜林和医学研究理事会（类似于美国的国家健康协会）的那位令人敬畏的主席爱德华 · 梅兰比（Edward Mellanby）爵士的关系很好。他建议布拉格应该向梅兰比寻求支持。1947年10月申请得到了批准，并且这也成为我们命运的转折点。医学研究理事会成立了一个“对生物系统的分子结构进行研究的研究小组"。一个月之后，它又改名为“分子生物学研究小组"，我和肯德鲁都是其创办成员。研究课题就像磁石一样吸引了许多青年才俊。弗朗西斯 · 克里克（Francis Crick）、休 · 赫胥黎（Hugh Huxley）和吉姆 · 沃森（Jim Watson）是第一批加人的成员。弗农 · 英格拉姆（Vemon Ingram）来自于伦敦，西尼 · 勃伦纳（Sydney Brenner）来自约翰内斯堡，保罗 · 窦提（Paul Doty）、阿历克斯 · 里奇（Alex Rich）、西摩 · 本茨尔（Seymour Benzer）以及其他许多人都来自美国。1956年，小组的规模已经变得很大了，所以我的时间都花费在蝴蝶博物馆或者废弃的回旋加速器之间奔波，以及想办法向医学研究理事会申请建造我们自己的实验室中了。另一方面，尽管我所引进的同态替代重原子的方法在原则上可以解决蛋白质结构问题，但是蛋白质结构的问题当时还并没有得到解决。沃森和克里克的复制DNA的装置，虽然看似可靠的，但也仍然未曾获得证实。我们在生物化学方面的力量并不强，还没有资格作为一个跨学科（跨学科这一概念那时还没有被发明）的实验室。

图3佩鲁茨和医学研究理事会分子生物学研究小组的其他成员在紧邻剑桥大学卡文迪许实验室的预制小屋外合影。1956年到1962年，分子生物学研究小组就坐落在这个小屋里。

图4布劳尔 · 斯特冉德博格和理查德 · 迪克森在小屋外跟Edsac Ⅱ型电子数字计算机的输出结果在一起。这个输出结果指明了用于计算第一个蛋白质（鲸油肌血球素）的原子模型的X射线反射相。

分子生物学实验室的诞生

1957年，当肯德鲁首次得到肌血球素结构的低分辨率图像时，当马修 · 迈塞尔森（Matthew Meselson）证明两个DNA子双螺旋中每一个都是由一个父串和一个新近合成的串组成的，以及阿瑟 · 科恩伯格（Arthur Kornberg）证明新近合成串的基本序列对父串基本序列的补充与沃森和克里克的预言完全吻合的时候，形势发生了转变。最重要的是，剑桥大学生物化学系的弗雷德 · 桑格（Fred Sanger）答应加入我们的队伍。那时，桑格刚刚完成了对胰岛素的氨基酸序列，这一人类首次确定的蛋白质序列的测定工作。

我向医学研究理事会提交了一份关于分子生物学的研究进展以及计划建设新的实验室的报告。当我接到叫我在理事会会议上介绍情况的邀请时，我度过了一个无眠的夜晚。那一晚，我一直在想怎样才能让理事会的理事们承认我们的工作，同意我们的计划。但是一入会场，一位理事就跟我说，那是他所读过的最令人感兴趣的报告，并且让我感到有些轻松和高兴的是，理事会在同一天核准了我们的计划。

分子生物学实验室建造在剑桥大学的南部，与一所新建的医院相邻，最初的地基面积达22，000平方英尺。1962年2月，我们搬了进来；5月，女王陛下亲自来为实验室揭牌。克里克和勃伦纳没有赶来参加揭牌仪式，因为他们对王室有成见。但是沃森为了参加这个仪式特地从哈佛赶了回来。当我们自豪地向女王及其随从人员展示我们的DNA和肌血球素的原子模型时，一位公主大声惊叫道：“噢，真是没有想到在我们的身体里还有这些小的彩球啊！"

图5 1962年5月，约翰 · 肯德鲁在分子生物学实验室揭牌仪式_上向女王演示他的肌血球素模型。后排从左到右分别是：梅维斯 · 鲍，吉塞拉 · 佩鲁茨，希姆斯沃斯夫人，哈罗德 · 希姆斯沃斯爵士和威廉 · 肖克洛斯爵士。

合 并

用商业上的行话来说，实验室的成立是一次合并，因为它是由四个研究小组合在一起组成的。这四个小组分别是：从剑桥大学生物化学系来的弗雷德 · 桑格小组；肯德鲁、克里克和我的来自卡文迪许实验室的小组；来自勃坷拜克学院的阿伦 · 克卢格（Aaron Klug）小组和来自伦敦学院的休 · 赫胥黎小组。不久以后，恺撒米耳斯坦（Cesar Milstein）从阿根廷来到我们实验室，加入了桑格小组。实验室最初有大约30位受聘于医学研究理事会的科学家和差不多相同数目的研究生、博士后和访问学者。时至今日，在我们实验室里，大约有100位由医学研究理事会支付薪水的科学家，50位从别处领取工资的科学家，以及100位学生和访问学者。最初，实验室分成了三个部门：桑格领导的蛋白质和核酸化学部，克里克和勃伦纳领导的分子遗传学部，以及肯德鲁和我领导的结构研究部。现在，分子遗传学部已经变成了细胞生物学部、蛋白质和核酸化学部，现在又包括了免疫学，还成立了一个新的部门一神经生物学部。我们还和阿兰 · 佛希特（Alan Fersht）和格雷格 · 温特（Greg Winter）的蛋白质工程实验室保持了紧密的联系。

图6 1962年5月，佩鲁茨、伯钠尔和克里克在分子生物学实验室的揭牌仪式上。在中央放置的是DNA的双螺旋模型。

实验室的管理

因为在我们之间没有年龄和声望的差别，我劝说医学研究理事会不要叫我做实验室的主任而任命我为实验室管理委员会的主席，而这个委员会将由克里克、肯德鲁、桑格和我组成。这一安排把科学政策的主要决定权留给了管理委员会，而把执行他们的决定和面对医学研究理事会的财政职责交给了我。管理委员会会议召开得很少，仅当有重大决定的时候才召开。这一管理机制运行得很平稳，从而也让我有时间专心从事我自己的研究。看到主席站在实验室的长椅或者X-射线旁，而不是坐在办公桌前，这为实验室的其他人带了个好头，并激起了他们的士气。管理委员会从不直接干预实验室的研究工作，但是却努力吸引或者挽留有天分的年轻人，放手让他们进行自己的工作。我的工作就是对他们的研究发生兴趣，并确保他们有办法去完成他们的研究。

图71962年，马科斯 · 佩鲁茨和他的血红蛋白模型，以及约翰 · 肯德鲁和他的肌血球素模型。

好的技术装备队伍是非常重要的

我能够做到这一点，要感谢那些技艺精湛的技术装备人员。在我们的研究小组成立之后不久，肯德鲁和我就向医学研究理事会申请资金来聘请一位工程师布罗德（D. A. G. Broad），让他来设计一个带有旋转正电极的X射线管。他的设计为我们提供了强度比当时商业用大10倍的X-射线。这个X射线管连同洛克菲勒基金会为我们从美国购买的高精度照相机一起，使得我们的装备水平比这一领域的其他任何地方都好，并且也为我们能够第一个解决蛋白质结构问题创造了条件。这一早期的经历以及在卡文迪许实验室时我们对技术装备的喜爱，使我们决定为新的分子生物学实验室的大型力学和电子学工场装备最先进的仪器。我们的实验室就像一个物理实验室一样。我们还有一个照相工场和若干仓库来提供所有日常使用的化学药品和补给，这样就避免了交货过程中所产生的延时。最后，我们还指定了一位服务工程师，以保证仪器设备处于运行状态中。这样，当仪器出现故障的时候，我们就不必再等待仪器生产商派出的服务人员了。这些装备曾经并且仍然是独一无二的，使得人们的工作效率比我所知的其他任何地方都高。

让人们相互交谈、相互聆听

过去的经验告诉我，一个实验室的失败常常是因为科学家们之间从不相互交流、沟通。为了鼓励大家交换思想，我们建造了一个小卖部，在这个小卖部里，人们可以在早上喝咖啡、午餐以及喝茶的时候相互交谈。

20多年来，我的妻子吉塞拉一直在管理着这个小卖部，她想方设法来保证食物的可口，让这个小卖部成为人们交朋友的好地方。我们共享科学仪器，而不把它们当作是私有财产来严加看管。这样做既节省了资金，又提供了人们相互之间进行交流的环境。当在建造实验室的过程中发生资金短缺时，我就曾建议所有的房门都不上锁来节省资金，以表示我们没有秘密可言。

大多数实验室经常举行讨论会，在讨论会上科学家们会报告他们各自的工作。但是，出席这些讨论会的常常只是这些科学家自己小组里的成员。为了确保每个人都了解实验室里的所有工作，克里克鼓动一年举行一次讨论会周。过去这被称为“克里克周”，出席人员为实验室的所有成员。他过去常常通过寻找问题和进行尖锐的评述来支配整个讨论会周。让人感到难过的是，后来他离开了我们去了位于拉霍亚的索尔克研究所。

图8 1962年12月，自左向右：莫里斯 · 威尔金斯、约翰 · 斯坦拜克、约翰 · 肯德鲁、马科斯 · 佩鲁茨、弗朗西斯 · 克里克和詹姆斯 · 沃森在斯德哥尔摩举行的诺贝尔颁奖典礼之后的合影。

开明的政策正逐渐消失

实验室取得今天这样的成就要归功于医学研究理事会的开明政策。从1949年到1968年一直担任理事会秘书长的哈罗德 · 希姆斯沃斯（Harold Himsworth）功不可没。在那段开拓事业的艰苦日子重，我们几乎拿不出任何东西来证明我们工作的价值，仅有的只是最微弱的能够在某个时候为医学带来好处的希望。然而凭借其非凡的远见和勇气，希姆斯沃斯却一直在支持着我们早期的工作。

希姆斯沃斯及其同仁并没有对我们摆官架子，也不用烦琐冗长的文件来干扰我们，加重我们的负担，相反，他们却把帮助我们完成研究作为他们首要的职责。我是直接向希姆斯沃斯而不是向委员会汇报工作的。然后他又直接向财政部商议有关拨给医学研究理事会多少年度基金的事宜，而不是让一个部长级的委员会去分配理事会在整个科学预算中占多少份额。并且他在许多具有竞争力的领城里都有足够的权威，他能够在理事会所规定的政策范围内做出最后的决定，这一体制确保了整个系统处于一种平稳而又有效的运行状态之中。

但是现在，这一体制已经被撒切尔主义毁坏殆尽了。在她那无孔不入的规则和“责任”的名义之下，官僚作风大行其道，各个实验室的负责人都忙于处理堆成山一样的文件，根本没有时间去做他们自己的科研工作。要知道他们是靠自己的才华而不是靠填写表格来赢得今天的位置的。

令人惊异的生产效率

幸运的是，到目前为止分子生物学实验室那令人惊异的生产效率并没有受到影响。自1986年以来，实验室在阿伦 · 克卢格主任的领导下，继续保持着对来自世界各个角落的青年才俊的吸引力，年轻的或者并不算太年轻的科学家正在继续解决一些仅仅在不久之前还未曾被科学所触及的问题。其中的许多问题，比如奈杰尔 · 昂文（Nigel Unwin）的乙酰胆碱受体的结构问题，理查德 · 亨德森（Richard Henderson）的噬菌调理素的原子模型，以及约翰 · 沃科尔（John Walker）的线粒体ATP酶的结构问题等，都需要持续许多年的不懈努力才能解决，如果我们仅仅依靠短期的资助，那问题将永远也解决不了。最令人感到欣慰的是，我们的某些工作现在已经在医学实践中找到了应用的地方，这也证明了希姆斯沃斯当初对分子生物学的未来抱有信心是正确的。

——————————

* 本文作者马克斯 · 费迪南德 · 佩鲁茨（Max F. Perutz） 博士是该实验室的创始人和第一任主任，他是1962年度诺贝尔化学奖得主。