近日，北京大學(xué)英杰交流中心的學(xué)術(shù)報告廳匯集了數百名來(lái)自北大、中科院以及附近高校的老師和學(xué)生，陳嘉庚科學(xué)獎報告會(huì )在這里舉行。這是繼2009年4月18日和11月11日的兩場(chǎng)報告會(huì )以來(lái)，陳嘉庚科學(xué)獎基金會(huì )舉辦的第三次面向公眾的學(xué)術(shù)報告。

　 中科院院士范海福報告的內容雖然是“晶體衍射分析”等學(xué)術(shù)問(wèn)題，但是他卻往往拋出類(lèi)似的問(wèn)話(huà)，來(lái)講述他的科研經(jīng)歷和感悟。這實(shí)際上也是他報告的主題。

　 “晶體衍射分析”是范海福近幾十年來(lái)一直從事的工作，這是一種在原子層面上測定固態(tài)物質(zhì)的微觀(guān)結構，最終用來(lái)揭示固體材料結構與性能之間關(guān)系的規律的方法。它實(shí)際上是科學(xué)研究的工具，它是一種獨立發(fā)展的物理學(xué)方法，但并不屬于代表某一應用對象的學(xué)科。

　 “就像大家都用計算機，可以用計算機研究化學(xué)、物理、生物學(xué)，甚至用計算機炒股。但是計算機是獨立發(fā)展的，不會(huì )依附于化學(xué)、物理，甚至不會(huì )依附于純粹的數學(xué)?！狈逗８ｉ_(kāi)場(chǎng)即給了這個(gè)“專(zhuān)業(yè)詞匯”一個(gè)形象的解釋。

　 晶體結構分析就是要從晶體的衍射效應求出原子在晶體內部的排布。它屬于物理學(xué)中的“求逆問(wèn)題”。如果已知由晶體發(fā)出的衍射波的振幅和周相，這個(gè)“逆問(wèn)題”就很容易解決。但是，用實(shí)驗方法雖然可以測量衍射波的振幅，卻很難記錄到它的周相。因此，要想從衍射效應解出晶體結構，就必須先設法找回“丟失了的”周相。

　 一個(gè)新方法可能比十個(gè)新結構更重要

　 直接法是在衍射分析中用于解決周相問(wèn)題的一種計算方法，是Harker和Kasper在1948年提出的。中科院物理所在1980年成立了晶體結構分析方法研究組，主要從事晶體學(xué)中的直接法研究。但范海福早在1963年就已經(jīng)參與了直接法的研究。

　 范海福對1959年英國晶體學(xué)家Dorothy Hodgkin應邀在中科院物理所作關(guān)于測定維生素B12晶體結構的報告的場(chǎng)景一直記憶猶新。在那場(chǎng)報告會(huì )上，范海福的老師吳乾章先生提了一個(gè)問(wèn)題：“你試過(guò)用直接法去解B12的結構嗎？”Hodgkin回答：“沒(méi)有?！?/p>

　 范海福當時(shí)很不理解吳先生的提問(wèn)，心想：“直接法才勉強能對付十來(lái)個(gè)獨立原子的晶體結構，怎么可能用來(lái)測定B12？”

　 當時(shí)，維生素B12是世界上已經(jīng)測定的、最復雜的晶體結構，其不對稱(chēng)單位含有90多個(gè)原子（不算氫原子）。Hodgkin研究組為測定這個(gè)結構花了7年多的時(shí)間。后來(lái)，Hodgkin因這項工作以及青霉素等一系列重要的晶體結構測定工作獲得1964年的諾貝爾化學(xué)獎，并成為英國唯一獲得諾貝爾獎的女科學(xué)家。

　 幾十年后的今天，用直接法解一個(gè)像B12那樣的晶體結構大概只需要幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)。不僅如此，直接法還可以用于測定比B12大100倍的蛋白質(zhì)結構！范海福在《物理所建所八十周年隨筆》中這樣記錄：“現在看來(lái)當時(shí)我所以不理解是因為缺乏科學(xué)的遠見(jiàn)?！?/p>

　 “一個(gè)新方法可能比十個(gè)新結構更重要！”在報告中，范海福將吳乾章1956年引導他做方法研究時(shí)說(shuō)的這句話(huà)傳授給了在場(chǎng)的學(xué)子。

　 諾貝爾獎之后還能做什么

　 1985年，兩位“直接法”的先驅J. Karle和H. Hauptman獲得了諾貝爾化學(xué)獎。但是新的問(wèn)題出現了，不少人在慶賀兩位先驅獲獎之余，想給“直接法”畫(huà)上一個(gè)句號。于是Karle和Hauptman獲得諾貝爾獎之后，不少人在問(wèn)：諾貝爾獎之后的直接法研究，還能做什么？這也是范海福在報告中拋給在場(chǎng)聽(tīng)眾的問(wèn)題。

　 在學(xué)子們還沉浸在精彩報告中的時(shí)候，范海福自己做出了解答：“當時(shí)，直接法固然已是功業(yè)顯赫，但是，其應用大都仍局限于一個(gè)狹小的范圍。因此，‘諾貝爾獎以后’的直接法應該走出傳統領(lǐng)域去開(kāi)拓新的天地?！?/p>

　 如何將直接法用于生物大分子的晶體結構分析，是范海福長(cháng)期以來(lái)關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。1965年他首先提出將直接法和單對同晶型置換法或單波長(cháng)異常散射法相結合的設想。其目的是要減少測定蛋白質(zhì)晶體結構所需的實(shí)驗工作并簡(jiǎn)化其分析過(guò)程。上世紀80年代以來(lái)，世界上主要的直接法研究中心都爭相投入這一研究。

　 1987年在澳大利亞的帕斯（Perth）召開(kāi)了第14屆國際晶體學(xué)大會(huì )。范海福是5位報告人之一，他又提出了直接法今后值得重視的4個(gè)發(fā)展方向。而在當時(shí)，范海福和他的同事已經(jīng)啟動(dòng)了其中3個(gè)方向的研究。

　 1988年，美國科學(xué)院派了一個(gè)生物技術(shù)代表團訪(fǎng)問(wèn)中國，1989年，其出訪(fǎng)報告寫(xiě)成Biotechnology in China一書(shū)并出版。

　 該書(shū)對范海福等科學(xué)家在上世紀80年代中期的部分工作這樣評論：“在北京的（中科院）物理研究所……已經(jīng)使用概率相位推定方法測定越來(lái)越大的生物分子的晶體結構。他們是最早發(fā)展并使用隨機起始、從頭相位推定技術(shù)的一員。這一方法的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需對重原子衍生物在不同波長(cháng)下作重復的測量……這對蛋白質(zhì)工程將有廣泛而重要的潛在意義?！?/p>

　 1997年，范海福等科學(xué)家在國際上首次用直接法，從一套單波長(cháng)異常散射數據解出一個(gè)未知的蛋白質(zhì)晶體結構。

　 當前，直接法在測定蛋白質(zhì)晶體結構中的應用大致有3類(lèi)：第一，測定蛋白質(zhì)晶體的重原子亞結構；第二，從頭測定蛋白質(zhì)晶體結構；第三，與傳統蛋白質(zhì)晶體學(xué)方法相結合以破解原有方法中的“相位模糊”問(wèn)題。

　 “進(jìn)入21世紀以后，我們已經(jīng)開(kāi)始部分地兌現了當年美國科學(xué)院生物技術(shù)代表團所預期的‘對蛋白質(zhì)工程’的‘廣泛而重要的潛在意義’?，F在正為全面地兌現這一‘潛在意義’而繼續努力?！狈逗８Ｔ陬}為《往事點(diǎn)滴》的隨筆中這樣記錄。

　 在報告的最后一部分，范海福詳細介紹了他的研究組編寫(xiě)的OASIS程序。這是國際上用于執行第三類(lèi)直接法的最重要程序?！澳壳?，OASIS程序還在不斷更新中?！彼嬖V在場(chǎng)的學(xué)生，他自己對此也有著(zhù)很大的期待。

　 一個(gè)多小時(shí)的報告會(huì )很快結束了，連現場(chǎng)非專(zhuān)業(yè)的聽(tīng)眾也沒(méi)有感到絲毫的難懂或晦澀。在競相向范海福提問(wèn)后，許多學(xué)生仍久久回味在精彩的報告之中，不愿散去。

　 來(lái)自中科院福建物構所研究生一年級的學(xué)生趙明磊告訴《科學(xué)時(shí)報》記者：“最難得的是，我們從范老師的報告中，學(xué)到了很多做科學(xué)研究的思想?！灰诤蹩蒲械缆飞系哪切┴撁嬖u論，專(zhuān)心搞自己的科研，就一定能作出很好的科研成果’……這些話(huà)我會(huì )終身銘記！”