P.D.米切尔博士 1978年获化学奖

 

  “尽管你体弱多病又缺乏实验经验,但如果你能每天苦思冥想地做学问,那么,你也许能获诺贝尔奖。”

  我在富士研究所工作的时候,有一次请人做实验,专门演示并演讲三磷酸腺苷(简称ATP)这种能量极高的磷酸化合物在生物体内的生成过程。正是在这次活动中,我听说了米切尔博士的名字。

  米切尔自幼体弱多病,是个性格内向、沉默寡言的孩子。大学毕业后,由于身体不好,无法到企业就职,只好留校,在微生物教研室找了一份为学生实验课做准备的工作。

  他每天为学生准备实验课,同时也在考虑自己应该研究些什么。

  在他上小学、中学时,所谓生物学不过是捕捕蝴蝶和蜻蜓。但是,人类的认识在不断深化,生物的最小单位已经是比微生物还小的病毒。病毒究竟是生物,还是物体,已经成为研究的中心课题。只有揭示病毒机理,才能揭示这一生命之谜,这成了当时的普遍看法。米切尔明白,蝴蝶和蜻蜓是生物,但无法想象病毒也是生物。如果在显微镜下观察蝴蝶或蜻蜓的切片,就能看到细胞外面有一层细胞膜。但是病毒没有细胞膜,就是用电子显微镜看,也仍然看不到。或许,根本就不存在细胞膜。

  米切尔认为,无论谁,也无论他怎么说,没有细胞膜的东西就不能算是生物,只有细胞膜才是生命现象的关键特征。

  他想,如果要研究,最好选择一个生命科学中最重要的课题。例如:大脑是怎样工作的?人是怎样从一个受精卵变成胎儿,然后又长大成人的?人患癌症而死,那么癌究竟是怎样产生的?人要吃饭、呼吸,那么食物和空气进入体内,又是怎样变成能量的?

  他想,在这些课题中,我可以解决的课题是什么?研究大脑一定很神秘;从卵到人的变化也很有意思;查明致癌原因意义也很重大。不过研究这些课题必须和其他医生合作,自己一人是无法承担的。自己一人可以从事的,只有体内能量的生成机制这个课题了。

  米切尔总算给自己找到了一个研究课题。于是他又去查有关文献,了解该课题在世界科研前沿的最新动向。结果他了解了以下情况:人类摄入的米和面包到体内后逐渐产生变化,最后变成水和二氧化碳排出体外。在变化过程中,作为热释放出来的能量,其大部分都贮藏在ATP这种磷酸化合物中。这种磷酸化合物又是怎样生成的呢?似乎许多研究人员都在追寻这一答案。他们普遍认为,磷酸化合物生成的时候,肯定要经过一个中间物质X。他们正全力寻找这个中间物质。另一方面,神经生理学领域却发现,细胞膜上有钠泵机制。钠泵利用磷酸化合物发生变化时产生的能量,将细胞内的钠离子转移到细胞外,将细胞外的钾离子摄取到细胞内,使细胞内始终保持一种平衡的离子组合。

  米切尔没有做实验,只是在脑子里反复思索:许多人都在查找这个中间物质,化学我不在行,又缺少实验经验,无论从身体状况还是从技术上说,我都没有条件去发现这个中间物质。要战胜他们,只有想出一个他们还未发现的方法来。

  一天,他像平时一样,踱到研究室顶棚上吊着的木制风扇下面,呆呆地想起来。也许他眼前出现了荷兰风车的景象吧,总之,他突然来了灵感:细胞膜上的钠泵利用ATP这种磷酸化合物的能量,将细胞内的钠离子转移到细胞外。如果水中的氢离子代替钠离子通过钠泵从细胞外进入细胞内的话,会出现什么情况呢?大概钠泵会往反方向转吧。钠泵如果往反方向转,不就会产生能量,形成ATP了吗?

  消耗电能,转动电风扇,使空气流动,产生风。另一方面,风又可以带动风车,风车又产生电能,电风扇和风车的关系与米切尔的设想是一样的道理。

  他的结论是:食物的营养成分被一路分解下去,最后与氧结合,变成水和二氧化碳,使水成分中的氢离子被转移到膜外,当它再次转移到膜内的时候,就会使钠泵逆转,同时生成磷酸化合物,也就是体内能量的根本——ATP。

  ATP合成的化学渗透压说 当营养素在体内进行有机物氧化或光合作用时,就使细胞内外膜产生质子(H+)浓度差和电位差,这种能量促使ATP的合成。植物、动物以及细菌的大部分能量均由此而来。 

  1961年,他在《自然》杂志上发表了自己的设想。发表后,他盼望着有谁对自己的设想感兴趣,然而什么反响也没有。

  在大学当实验助手的合同已经到期,如果不能升为助教,就不得不离开大学。在大学这几年,他只是拼命思索,没有做什么实验,手边只有《自然》杂志上发表的那篇论文。他也曾把这篇论文提交给大学,希望得到助教的职称,但大学以“该论文缺乏实验上的支持,空想成分大”为由,退了回来。这时,他已经40岁,失去大学工作后也无法到私人企业去就职了。

  他懒得再去求人,于是回到农村,把自己闷在父母留下的几间房子里。他把放东西的小屋改造了一下,建成了自己的“研究所”。他一心要从实验上证明“ATP是钠泵逆转时产生”的设想。

  知道自己没有实验经验,他雇了一名助手帮他做实验,并且得到了某种程度上的实验证据。他在学会发表了论文。但是,由于他的证明是间接性的,学会方面的反应很冷淡。

  米切尔把学会的冷落埋在心里。不过,此时世界权威人士关于中间物质的研究已陷入停滞状态。有人认为ATP的中间物质X,只是一个想象中的物质;也有人在植物光合实验中验证了米切尔的理论,认为他的理论是正确的。终于,日本的K博士从细胞膜上成功地提取了合成ATP的酶。这种酶突起在膜的表面,当氢离子通过时,它促成ATP的合成。总之,K博士用看得见的物质证实了米切尔的理论。结果,被人们称为怪人的米切尔于1978年获诺贝尔化学奖。

  他为什么能获诺贝尔奖呢?

  不动手,总在那里沉思默想的人很多,但他们没有获诺贝尔奖。米切尔与其他人的不同之处在于:他选择了生命科学中重要课题中的一个,并且使用了与许多同时研究这一课题的人们完全不同的研究方法。他的思维不仅涉及了生物化学领域,还涉及了神经生理学领域。从不同领域的角度去思考,才提出逆转的设想。他毫不理会来自社会的冷落,也不盲目跟着权威的中间物质说跑,而是坚信自己设想的正确性,这一切给他带来了诺贝尔奖

  如果你现在也能做到身处逆境不气馁,沿着自己选择好的道路勇往直前,那么,你也会有机会。

  研究成果不被承认,在大学受到冷落,但仍坚持走自己的路,终获诺贝尔奖。

 

彼得·丹尼斯·米切尔

(Peter Dennis Mitchell)

  1920年生于英国。剑桥大学毕业。1961年发表了有关生物体细胞膜的化学渗透压学说,但未被科学界所接受。1964年,他辞去大学工作,在农村建立了自己的格林研究所,请了一名助手继续坚持实验。1972年以后,由于他的化学渗透压学说得到实证,1978年被授予诺贝尔化学奖。