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(shù)百名來自北大、中科院以及附近高校的老師和學(xué)生，陳嘉庚科學(xué)獎報告會在這里舉行。這是繼2009年4月18日和11月11日的兩場報告會以來，陳嘉庚科學(xué)獎基金會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(nèi)容雖然是“晶體衍射分析”等學(xué)術(shù)問題，但是他卻往往拋出類似的問話，來講述他的科研經(jīng)歷和感悟。這實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)的微觀結(jié)構(gòu)，最終用來揭示固體材料結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的規(guī)律的方法。它實際上是科學(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(yīng)用對象的學(xué)科。

　 “就像大家都用計算機(jī)，可以用計算機(jī)研究化學(xué)、物理、生物學(xué)，甚至用計算機(jī)炒股。但是計算機(jī)是獨立發(fā)展的，不會依附于化學(xué)、物理，甚至不會依附于純粹的數(shù)學(xué)?！狈逗８ｉ_場即給了這個“專業(yè)詞匯”一個形象的解釋。

　 晶體結(jié)構(gòu)分析就是要從晶體的衍射效應(yīng)求出原子在晶體內(nèi)部的排布。它屬于物理學(xué)中的“求逆問題”。如果已知由晶體發(fā)出的衍射波的振幅和周相，這個“逆問題”就很容易解決。但是，用實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(yīng)解出晶體結(jié)構(gòu)，就必須先設(shè)法找回“丟失了的”周相。

　 一個新方法可能比十個新結(jié)構(gòu)更重要

　 直接法是在衍射分析中用于解決周相問題的一種計算方法，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(jié)構(gòu)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(yīng)邀在中科院物理所作關(guān)于測定維生素B12晶體結(jié)構(gòu)的報告的場景一直記憶猶新。在那場報告會上，范海福的老師吳乾章先生提了一個問題：“你試過用直接法去解B12的結(jié)構(gòu)嗎？”Hodgkin回答：“沒有?！?/p>

　 范海福當(dāng)時很不理解吳先生的提問，心想：“直接法才勉強能對付十來個獨立原子的晶體結(jié)構(gòu)，怎么可能用來測定B12？”

　 當(dāng)時，維生素B12是世界上已經(jīng)測定的、最復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)，其不對稱單位含有90多個原子（不算氫原子）。Hodgkin研究組為測定這個結(jié)構(gòu)花了7年多的時間。后來，Hodgkin因這項工作以及青霉素等一系列重要的晶體結(jié)構(gòu)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，用直接法解一個像B12那樣的晶體結(jié)構(gòu)大概只需要幾分鐘到幾個小時。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(jié)構(gòu)！范海福在《物理所建所八十周年隨筆》中這樣記錄：“現(xiàn)在看來當(dāng)時我所以不理解是因為缺乏科學(xué)的遠(yuǎn)見?！?/p>

　 “一個新方法可能比十個新結(jié)構(gòu)更重要！”在報告中，范海福將吳乾章1956年引導(dǎo)他做方法研究時說的這句話傳授給了在場的學(xué)子。

　 諾貝爾獎之后還能做什么

　 1985年，兩位“直接法”的先驅(qū)J. Karle和H. Hauptman獲得了諾貝爾化學(xué)獎。但是新的問題出現(xiàn)了，不少人在慶賀兩位先驅(qū)獲獎之余，想給“直接法”畫上一個句號。于是Karle和Hauptman獲得諾貝爾獎之后，不少人在問：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聽眾的問題。

　 在學(xué)子們還沉浸在精彩報告中的時候，范海福自己做出了解答：“當(dāng)時，直接法固然已是功業(yè)顯赫，但是，其應(yīng)用大都仍局限于一個狹小的范圍。因此，‘諾貝爾獎以后’的直接法應(yīng)該走出傳統(tǒng)領(lǐng)域去開拓新的天地。”

　 如何將直接法用于生物大分子的晶體結(jié)構(gòu)分析，是范海福長期以來關(guān)心的一個問題。1965年他首先提出將直接法和單對同晶型置換法或單波長異常散射法相結(jié)合的設(shè)想。其目的是要減少測定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)所需的實驗工作并簡化其分析過程。上世紀(jì)80年代以來，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）召開了第14屆國際晶體學(xué)大會。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個發(fā)展方向。而在當(dāng)時，范海福和他的同事已經(jīng)啟動了其中3個方向的研究。

　 1988年，美國科學(xué)院派了一個生物技術(shù)代表團(tuán)訪問中國，1989年，其出訪報告寫成Biotechnology in China一書并出版。

　 該書對范海福等科學(xué)家在上世紀(jì)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越大的生物分子的晶體結(jié)構(gòu)。他們是最早發(fā)展并使用隨機(jī)起始、從頭相位推定技術(shù)的一員。這一方法的優(yōu)點在于無需對重原子衍生物在不同波長下作重復(fù)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，從一套單波長異常散射數(shù)據(jù)解出一個未知的蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。

　 當(dāng)前，直接法在測定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用大致有3類：第一，測定蛋白質(zhì)晶體的重原子亞結(jié)構(gòu)；第二，從頭測定蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)；第三，與傳統(tǒng)蛋白質(zhì)晶體學(xué)方法相結(jié)合以破解原有方法中的“相位模糊”問題。

　 “進(jìn)入21世紀(jì)以后，我們已經(jīng)開始部分地兌現(xiàn)了當(dāng)年美國科學(xué)院生物技術(shù)代表團(tuán)所預(yù)期的‘對蛋白質(zhì)工程’的‘廣泛而重要的潛在意義’。現(xiàn)在正為全面地兌現(xiàn)這一‘潛在意義’而繼續(xù)努力。”范海福在題為《往事點滴》的隨筆中這樣記錄。

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

　 一個多小時的報告會很快結(jié)束了，連現(xiàn)場非專業(yè)的聽眾也沒有感到絲毫的難懂或晦澀。在競相向范海福提問后，許多學(xué)生仍久久回味在精彩的報告之中，不愿散去。

　 來自中科院福建物構(gòu)所研究生一年級的學(xué)生趙明磊告訴《科學(xué)時報》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。‘不要在乎科研道路上的那些負(fù)面評論，專心搞自己的科研，就一定能作出很好的科研成果’……這些話我會終身銘記！”