德尔布吕克在加州理工学院以物理的眼光注视生命的时候，那里的化学家鲍林也正将目光投向生物领域。他的动机不完全源自学术兴趣，更多地倒是出于财政考量。
年龄上，鲍林只比德尔布吕克大五岁。但刚刚来到美国的德尔布吕克还只是初出茅庐的学术新人，鲍林却早已如日中天。他在1928年结束欧洲游学回到加州理工学院担任助理教授仅仅一年就被提拔为副教授。紧接着，他又在1930年晋升正教授。那时，他还不到30岁。
荣誉接踵而至。1931年，鲍林赢得美国化学学会新设立的最高奖1。1933年5月，他成为美国科学院2有史以来最年轻的院士。
在加州理工学院的课堂里，18岁时就已经在俄勒冈农学院担任“教授”迷倒芳心一片的鲍林风华正茂。他口才横溢、生动活泼的讲课让学生觉得是在剧院中欣赏精彩演出。率性洒脱的鲍林有时会别出心裁地横卧在讲台上一手托着脑袋，仿佛古罗马的学者面对学生侃侃而谈。
他的科研更是成果累累。在晶体X射线衍射实验中超越领域权威布拉格，创立被后者誉为“矿物化学基本原则”的规律后，鲍林的主要精力集中于基于量子力学的化学键理论。1931年时，在加州理工学院访问的爱因斯坦旁听鲍林用波函数解释化学键的一次讲座，对其中复杂性叹为观止。他自嘲需要回去好好补习一番才能有资格与这位鲍林博士交流。
也是从那年开始，鲍林开始以《化学键的本质》3为题发表系列论文。他或独自署名或与人合作，将求解波函数的计算应用于越来越复杂的分子，包括那个曾让化学家绞尽脑汁的有机分子苯。海特勒和伦敦成功地计算出氢分子的结构后，狄拉克宣布化学的物理定律已经完全解决，剩下的不过只是求解更为复杂的数学方程。高举着量子力学大旗突飞猛进的物理学家不屑于在那些具体细节上浪费时间，纷纷转战另外更具挑战性的新领域。出身于实用的化工专业、曾在化学实验室里摸爬滚打的鲍林得天独厚。通过X射线衍射的实践，他对各种化学键的长度、角度及能量了如指掌，可以得心应手地利用娴熟的化学知识在计算过程中找到物理学家无法洞察的近似途径。在他手中，量子力学出神入化，在化学的理论计算中创造前所未有的精确度。他计算出的化学键与实验结果相差甚微：长度不过0.02纳米，角度不差过2度。
一时间，量子化学犹如鲍林的私家花园。
如此勤奋耕耘近十年后，鲍林将自己论文、讲课和学术讲座的积累集之大成，出版同一题目4的教科书。这部著作在1939年甫一问世即风靡全球，成为化学系研究生不可或缺的基础教材。与他四年前已经出版的《量子力学引论及在化学中的应用》5一起，鲍林绕开繁复的数学公式，用化学家熟悉的语言通俗易懂地解释量子力学，为化学系学生接触、掌握20世纪的现代物理学打开大门。在他的引导下，化学界终于开始摆脱德谟克利特的钩子、道尔顿时代的亲和力和路易斯的立方原子，以康德曾经认定不可能的科学方式理解古老的化学键。
1936年，鲍林的伯乐和恩师、加州理工学院三巨头之一诺伊斯病逝。一年过后，鲍林接任诺伊斯的化学部主任职务，成为学院最高领导层中的最年轻成员。那年，他35岁。
渐入领导角色后，鲍林不再只是专注于自己的教学和科研。他投入大量精力规划化学部及整个学院的大局，并积极为其付诸实施筹集资金。他的首要目标是已经在长期资助他个人和加州理工学院的洛克菲勒基金会。
在20世纪初，洛克菲勒基金会在数理化和生物这些传统科学领域举足轻重。在欧洲各个学术重地巡回游学并参与创建量子力学的年轻一代多数得益于这个美国基金会的资助。通过这些遍布全球的触角，基金会也时刻感受着学术前沿的脉搏。在1930年代初，新上任的基金会负责人敏锐地察觉一个新兴趋势：量子力学业已成熟的物理学正在“窥视”生物学领域，一场以生命为主题、精准逻辑为基础、着眼于微观世界的科学革命正呼之欲出。他果断决定孤注一掷，将基金会的全部资金集中使用在这个刀刃上，引领“人的科学”6新突破。鲍林还是在洽谈延长自己的科研资金时得知这一转变。基金会直截了当地告诉他那些针对无机分子的计算和X射线衍射实验与其它所有与生命现象无直接关联的传统数学、物理或化学项目一样，不会再得到基金会的支持。看到鲍林一脸惊愕，对他一直青眼有加的负责人鼓励、督促他顺势而变，投入这场洪流。
为了个人学术前途和化学部的未来，没有生物学基础、对有机化学也所知寥寥的鲍林立即转变研究方向。他的目标自然地锁定在蛋白质。那是当时所有生物学家和化学家相信隐藏有生命全部秘密的分子。然而，虽然他已经将海特勒和伦敦开创的计算方法推至极致，量子力学所能求解的依然只是区区十来颗原子的小分子。这在无机化学中游刃有余，面对原子数目动辄成千上万颗的有机大分子依然束手无策。鲍林进入的是一个陌生的新世界。
第一个引起鲍林注意的蛋白质是动物体内输送氧的“血红蛋白”（hemoglobin）。一个世纪前，化学家拉瓦锡以实验证明人类和动物的“生命活力”来自与干柴烈火同样的氧化反应，只是生物体内的“燃烧”是在细胞中静悄悄地发生。在这个过程中将肺部吸入的氧气输送到身体每个角落、每个细胞的是血液中被俗称为“红血球”的“血红细胞”（red blood cell），其中有着大量的血红蛋白。那是一种大致呈球形的蛋白质分子，外围有几颗铁原子可以方便地与氧原子结合、分离，就像是随时能夹起、放下氧原子的钳子。血红蛋白因而可以得心应手地胜任输送氧原子的重任。
但这个功能只在一定温度范围内有效。温度有所升高后，血红蛋白会失去结合氧原子的能力。这似乎很奇怪，因为那些铁原子与氧原子的结合过程并不会对温度那么敏感。但这一类的不寻常在蛋白质中却也司空见惯。鸡蛋稍经蒸煮，蛋白和蛋黄都会凝固。这样煮熟的鸡蛋与原来生鸡蛋迥然相异，既不具流动性也不再能溶于水中。甚至不需要加热，用筷子快速击打也能把鸡蛋“打发”。那也是一个物理性质不同的鸡蛋状态。蛋白质在一定条件下失去其原有状态的变化叫做“变性”（denaturation7）。与阿斯特伯里拉扯羊毛的操作一样，煮鸡蛋或给血红蛋白加热的温度变化以及打鸡蛋的外力都不足以改变蛋白质分子的组成和其中以共价键维系的分子结构。稳定的蛋白质分子如何能这样轻易地发生变性？
1931年，北平协和医学院的中国生物化学家吴宪（Hsien Wu）在多年实验后率先提出蛋白质变性理论。近30年前，生理学家霍夫迈斯特和费舍尔同时发现蛋白质的构成：氨基酸分子通过脱水缩合反应而来的肽键两两相连所形成的链。一个蛋白质分子中有着相当多数目的氨基酸，因而可以是一条非常长的链。氨基酸内部和作为“链接”的肽键都属于共价键，蛋白质分子因而十分稳定。但吴宪提出蛋白质分子并非简单的一根长链。就像长长的毛线可以被捏挤成小小的线团一样，蛋白质的氨基酸长链也会自己蜷缩成很小的团。血红蛋白便是如此呈现出球形。
当然，随意捏成一团的毛线不稳定，需要外加一些胶带粘结才能保持形状。吴宪猜想氨基酸长链中某些基团会因为所在共价键中的“极化”（polarization）效应互相吸引，正如毛线团上的胶带保持这个结构的稳定。只是这样的“胶带”远远不如共价键坚实，在温度、外力等因素影响下很容易断裂。那时，蛋白质的氨基酸长链就又会像松散的毛线团一样展开。这样一来，蛋白质分子的物理、化学性质会随之改变，也就发生了变性。
因此，蛋白质的变性不是化学反应的结果，只是其分子长链的空间几何结构变化。受热展开后，血红蛋白中的铁原子不再处于外围有利位置，自然会影响它们结合氧原子的能力。
吴宪早年留学美国，在麻省理工学院本科毕业，在哈佛大学获得博士学位。虽然远在亚洲，北平协和医学院也是洛克菲勒基金会资助的公益机构。在吴宪进行他的一系列实验时，美国医生赖曼正在那里进行肺炎球菌转型实验。在洛克菲勒基金会的支持下，欧美年轻医生和科学家不断来到这里，与谢和平等中国才俊齐心协力开展处于世界科学前沿的研究项目。吴宪在论文中引用多项西方科学家的最新进展，显示北平协和医学院在文献资料上也早已与国际紧密接轨。
但吴宪不知道他假想的“胶带”——分子间因为电荷分布的极性有吸引作用——那时已经有人提出，与他的想法完全不谋而合。当然，那本身也还是一个不起眼的新想法，即使在欧美知道的人也寥寥无几。老布拉格的学生、剑桥大学的伯纳尔是其中之一。
1932年9月，玻恩、海特勒、伦敦及伯纳尔等西方著名科学家来到莫斯科参加国际学术会议。李森科那时尚未得势，笃信共产主义的伯纳尔第一次有机会与苏联科学家直接交流。会议结束后，他和剑桥的同事、物理学家福勒（Ralph Fowler）8一起在凌晨四点赶到机场。不料那天浓雾弥漫，他们回国的航班直等到下午四点雾散后才得以起飞。莫斯科机场刚建成不久，不仅没有食物供应，连候机的椅子都还没准备好。两位英国知名科学家只好在候机楼中来来回回上上下下踱了整整12小时的步。他们的话题不可避免地涉及窗外的天气。两人突然意识到，无论从物理还是化学角度，他们都不明白大气中的水分子如何能形成如此厚重且恼人的浓雾。
水几乎无所不在，是生命不可或缺的资源。但在其平淡无奇的背后，水有着一些极为奇怪的表现。作为常温下的液体，水在摄氏零度以下会结冰。但与其它液体“结冰”成为固体时体积会缩小相反，水结冰时体积会膨胀。9作为化学家，伯纳尔还对水的其它一些特异之处了如指掌。他边思考边向福勒解释水分子的特性，以及它们之间一个特别的吸引力。
也是拉瓦锡最早认识到水其实是氢燃烧时生成的氧化物：两颗一价的氢原子与一颗二价的氧原子结合成为水分子。但那两颗氢原子没有在氧原子两边一左一右成直线排列。它们略有偏差，形成一个扁扁的三角形。这样，氧原子与氢原子之间形成共价键的电子云分布也不那么对称。稍稍突出的氧原子所在之处电子出现机会稍微大些，呈微弱的负电性。两端的氢原子外侧则相反，呈正电。当两个水分子接近时，其中之一的氢原子会与另一分子中的氧原子因为带有相反的电性而相互吸引。它们可以这样结合在一起，形成“氢键”（hydrogen bond）。
因此，水并不只是由一个个的水分子组成，其中还含有各种数量水分子以氢键相连而成的“大分子”。因为氢键远比共价键微弱，这样的大分子很不稳定，时时刻刻都在解体和重组之中。氢键因此严格来说也不属于离子键、共价键那样的“真正”化学键。但大气层中水分子在适当条件下抱团形成宏观可见的雾、水在不同条件下能结成冰、霜、雪花等不同固体形式，都与氢键的作用密不可分。
在福勒的鼓励下，伯纳尔终于回到家后将他在莫斯科机场的思考写成论文解释水的一系列特殊性质，奠定水的结构理论。氢键的概念也开始在化学界传播开来。
当鲍林在1935年开始思考蛋白质时，他已经知道氢键的存在，却对吴宪的提议一无所知。虽然吴宪曾在美国召开的国际学术会议上阐述过他的理论，他用英语撰写的论文却只发表在中国的生理学期刊上，没能引起注意10。
如同生米煮成熟饭，煮熟或打发的鸡蛋不可能再“变性”回生鸡蛋的形态。蛋白质的变性基本上也都是这样的不可逆过程。但在1930年代初，洛克菲勒医学研究所里的米尔斯基（Alfred Mirsky）发现如果小心翼翼地将被加热变性的血红蛋白冷却到通常温度，会有一些蛋白能够恢复输运氧原子的能力。鲍林听到后大感兴趣。这个可逆的过程说明蛋白质变性只是在不同的物理状态之间转换。他干脆将米尔斯基“借”到加州理工学院一起合作研究。在那里，米尔斯基继续他的实验，鲍林则专心理论研究。在两人持续的讨论中，鲍林形成了对蛋白质变性的看法。他不知道自己的思路与吴宪五年前如出一辙，但鲍林的理论更为详细具体。
氢键来自共价键中电子云发布不均匀——即吴宪描述的极化效应——产生的吸引力。它可以在任何含氢原子的分子之间出现。蛋白质这样的有机大分子中有着大量的氢。熟稔化学键的鲍林很快找出其肽键和氨基酸中可能会形成氢键的位置，也就是毛线团中最容易出现胶带粘结的所在。1936年7月，他与米尔斯基共同发表论文，确定无疑地宣告氢键在蛋白质结构中的关键角色。他们指出蛋白质分子作为氨基酸长链会卷曲成一个小球，通过胶带式的氢键保持固定的形状。虽然那是一个“巨大”的分子，真正参与化学反应的只是暴露在外围的极少数原子、分子或基。它们决定着蛋白质的性质。当不牢靠的氢键被温度、外力等因素破坏时，蛋白质因外围形状改变而失去原有性质，即变性。
在吴宪的理论不为人知的情况下，鲍林和米尔斯基的论文被誉为里程碑式突破。蛋白质的氨基酸长链借助氢键缩成紧密一团的机制也有了一个正式的名称：“蛋白质折叠”（protein folding）。
费舍尔曾用“一把钥匙开一把锁”形象地描述酶分解蛋白质时表现出的“特异性”（specificity）：一种特定的酶只能降解一种特定的蛋白质，对其它蛋白质无动于衷。在他之后的几十多年里，生物学家发现越来越多的类似现象，似乎有机分子各有各的“专业”。这在人体对付细菌和病毒感染的免疫大战中尤为突出。
人类很早就意识到人体内部免疫系统的存在。19世纪后期的病理学家通过对细菌、病毒的认识对免疫功能有了比较深刻的理解。人体免疫系统在接触外来致病毒物时会产生相应的抗体（antibody），泯灭或削弱毒物的侵害。这个你攻我守的战斗也有着“一把钥匙开一把锁”的特异性：一种抗体只能对付一种毒物。对某种疾病具备免疫力的人对另一种疾病可能毫无招架之功。
无论是细菌、病毒还是抗体，它们的主要成分可能都是蛋白质。德尔布吕克得知鲍林在琢磨蛋白质时提起玻恩的学生、也是量子力学创建者之一的物理学家约旦（Pascual Jordan）曾为这个问题下过功夫。他们俩立刻跑进图书馆翻找出约旦的论文。鲍林埋头阅读五分钟后即向德尔布吕克宣布，约旦那只是“一派胡言”11。由物理思维出发，约旦猜测有机分子“一把钥匙开一把锁”是因为其中的“钥匙”和“锁”是完全相同的分子，类似量子力学中不可分辨粒子。鲍林看出那是纯粹的无稽之谈。
从早期的晶体X射线衍射开始，鲍林已经体会到分子的物理、化学性质不仅仅取决于其中的原子组成，更大的决定因素往往是分子的结构：同为碳原子组合而成的钻石和石墨在性质上有着天壤之别。蛋白质由氨基酸和肽键组成，虽然原子的数目繁多但在成分上都大同小异。但不同的蛋白质物理、化学性质却有着天壤之别。那是因为它们之间的“小异”不可轻视。那些微量的区别改变分子中氢键可能出现的位置和强度，让蛋白质分子出现完全不同的折叠方式。蛋白质因而有着五花八门的形状，外围起作用的原子也大相径庭。那正是蛋白质种类繁多的原因所在。“一把钥匙开一把锁”特异性中的分子不仅不相同，而且应该正好相反。如果其中一个是手掌，另一个便是为它量身定做的手套。两者接近时正好严丝合缝浑然一体，妥妥地以氢键对接。只有这样，酶才可以降解蛋白质，抗体才能够瓦解致病毒物。当病毒发生变性时，其“手掌”的形状有所更动，原来的抗体“手套”便不再舒适。因此，同样的病毒即使稍有变异也可能会令已有的抗体、疫苗不再奏效。
几天后，鲍林告诉德尔布吕克他已经写就一篇短文，邀请德尔布吕克共同署名发表。虽然自己毫无贡献，德尔布吕克欣然同意。这篇论文发表在1940年的《科学》12杂志上，第一次揭示出生物学奇异性背后的几何缘由。的确如同钥匙开锁的机械原理，蛋白质分子只能在彼此形状“互补”时才能相互匹配。
在加州理工学院，这两位玻尔的年轻门徒也发现了他们自己的“互补原理”。
（待续）
纪念化学家郎缪尔（Irving Langmuir）的郎缪尔奖。这个奖现在改由美国化学学会和物理学会轮流颁发，奖励物理化学领域的成就。
National Academy of Sciences
The Nature of the Chemical Bond
虽然也被通称为《化学键的本质》，出版的书名其实比较冗长：《化学键的本质及分子和晶体的结构：现代结构化学引论》（The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals: An Introduction to Modern Structural Chemistry）。
Introduction to Quantum Mechanics with Applications to Chemistry
The Science of Man
这个名称的英文含义是“非自然化”，即失去自然状态。
福勒是卢瑟福的女婿、狄拉克的导师。
这是冬天水管会被“冻裂”、道路会被损坏坍塌的祸根。但同时，比重较小的冰会浮在水面上。冰层下面依然是液态的水，为江河湖海中的鱼类提供安全越冬的条件。
吴宪在协和医学院的研究工作后来被日本军队的侵略打断。他随之投身救国事业。
baloney
Science