1974 年的一個(gè)深夜，法國斯特拉斯堡大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里亮著一盞孤燈。30 歲的讓-皮埃爾·索維奇（Jean-Pierre Sauvage）盯著試管中渾濁的液體，手里的咖啡早已涼透。他剛把兩個(gè)銅離子“綁”在環(huán)形分子上——這個(gè)近乎偏執(zhí)的構(gòu)想，被同事們戲稱為“給鑰匙環(huán)穿項(xiàng)鏈”。幾乎沒人相信他能成功，但 9 年后，全球首個(gè)“分子鎖鏈”誕生了。當(dāng) X 射線穿透那白色晶體時(shí)，赫然出現(xiàn)兩個(gè)完美交織的圓環(huán)，像一對跳著華爾茲的舞者。這一刻，人類第一次讓分子跳起了舞。

2016 年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予讓-皮埃爾·索維奇，J. 弗雷澤·斯托達(dá)特和伯納德·L. 費(fèi)林加，以表彰他們在分子機(jī)器設(shè)計(jì)與合成領(lǐng)域的貢獻(xiàn)。諾貝爾獎(jiǎng)評選委員會認(rèn)為，他們發(fā)明了“世界上最小的機(jī)器”，將化學(xué)發(fā)展推向了一個(gè)新的維度。

索維奇教授的新作《分子之美：從生命起源到分子機(jī)器》，正是帶你開啟這個(gè)神秘而美麗的微觀分子世界的鑰匙。

在這本書中，化學(xué)不再是冰冷的分子結(jié)構(gòu)和方程式，而是一場橫跨億萬年的自然史詩，一次人類智慧與自然法則的浪漫對話。

從地下實(shí)驗(yàn)室到諾獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)獎(jiǎng)臺：一個(gè)化學(xué)家的“分子人生”

索維奇的科學(xué)啟蒙源自童年對自然的癡迷。16 歲時(shí)，他在地下室用錐形瓶、試管和吸墨紙進(jìn)行葉綠素提取實(shí)驗(yàn)，看著綠色分子通過毛細(xì)作用在紙上暈染，他第一次感受到“分子魔法”的震撼。這段經(jīng)歷不僅是少年好奇心的體現(xiàn)，更埋下了索維奇對讓惰性分子“動(dòng)起來”這一研究的伏筆。當(dāng)他搗碎橡樹葉時(shí)，或許也未曾想過有一天會讓分子像齒輪一樣精準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

進(jìn)入斯特拉斯堡大學(xué)后，索維奇的博士課題看似“瘋狂”：合成三維冠醚分子。當(dāng)時(shí)主流學(xué)界認(rèn)為，通過弱化學(xué)鍵很難構(gòu)建復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)，但在導(dǎo)師讓-馬里?萊恩的鼓勵(lì)和實(shí)驗(yàn)室搭檔的協(xié)助下，索維奇用近三年時(shí)間，通過無數(shù)次實(shí)驗(yàn)，終于在 1969 年合成出首個(gè)穴醚分子。這種分子能像納米籠一樣捕獲特定離子，甚至被石油公司嘗試用于油井除垢——盡管因成本過高未商業(yè)化，卻奠定了超分子化學(xué)的基礎(chǔ)。

1983 年，索維奇團(tuán)隊(duì)合成了首個(gè)分子鏈環(huán)（索烴），兩個(gè)相互交織的分子環(huán)如同微觀世界的“博羅梅奧環(huán)”，顛覆了人們對化學(xué)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。而 2016 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的斬獲，更是對他們“賦予分子運(yùn)動(dòng)能力”這一創(chuàng)舉的肯定。

分子機(jī)器：微型世界的工廠

在生物體內(nèi)，分子機(jī)器是運(yùn)作億萬年的“精密儀器”。ATP 合酶是自然界的永動(dòng)機(jī)。這種微小的分子馬達(dá)，每天為人體轉(zhuǎn)化數(shù)十千克的 ATP。更神奇的是，當(dāng)生物體需要能量時(shí)，ATP 合酶會轉(zhuǎn)化為 ATP 酶并降解 ATP 釋放能量，此時(shí)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)會反向旋轉(zhuǎn)。地球上所有生命都依賴于 ATP 作為能量來源，因此也依賴于分解和產(chǎn)生這種燃料的酶。這種“雙向驅(qū)動(dòng)”機(jī)制啟發(fā)了索維奇團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)可逆轉(zhuǎn)的分子開關(guān)。驅(qū)動(dòng)蛋白則是細(xì)胞內(nèi)的“納米快遞員”，它形如行走的小人，背著激素或營養(yǎng)分子，在微管軌道上以每秒 100 步的速度“奔跑”（換算成人類比例相當(dāng)于時(shí)速 300 千米），其動(dòng)力來源于 ATP 水解。

索維奇的研究則讓人類首次模仿自然，創(chuàng)造出分子電梯、分子馬達(dá)等人工分子機(jī)器。這些納米機(jī)器人未來可能深入人體修復(fù)細(xì)胞，或在能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效儲能，今天的分子機(jī)器或許正是未來科技革命的起點(diǎn)。

生命起源與化學(xué)之美：一場跨越 40 億年的對話

1952 年，美國化學(xué)家斯坦利?米勒在導(dǎo)師哈羅德?尤里的指導(dǎo)下，進(jìn)行了一場堪稱“創(chuàng)世模擬”的實(shí)驗(yàn)：他在燒瓶中注入甲烷、氨氣、氫氣和水，用電弧模擬原始大氣中的閃電。一周后，瓶中液體竟出現(xiàn)了 5 種氨基酸——這些構(gòu)成生命的基本分子，首次在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中誕生。這個(gè)實(shí)驗(yàn)顛覆了“生命不可人工合成”的認(rèn)知, 米勒證明了無機(jī)分子在合適條件下能形成有機(jī)分子。

從米勒實(shí)驗(yàn)中模擬原始大氣生成氨基酸，到 DNA 雙螺旋結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋳W秘，這些令人震撼的事實(shí)顯示：生命本身就是最精妙的化學(xué)工程，其中最重要的化學(xué)過程當(dāng)屬光合作用。如果說光合作用是大自然的盧浮宮，葉綠素分子就是捕捉陽光的藝術(shù)家。葉綠素分子捕獲陽光，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖與氧氣，這一過程的能量轉(zhuǎn)換效率雖然不高，卻支撐了整個(gè)生物圈。人類至今無法復(fù)制光合作用的核心機(jī)制，但我們能欣賞它的美學(xué)——分子的對稱性、能量傳遞的精準(zhǔn)性，都是自然寫給人類的優(yōu)美詩篇。

與對化學(xué)的無知和偏見作戰(zhàn)

2016 年諾獎(jiǎng)公布后，一位美國記者向索維奇提問道：“您確定分子不會因?yàn)楸蝗诉@樣操縱而感到痛苦嗎？”

索維奇怔了良久，而后答道：“當(dāng)你踩到它們的‘尾巴’時(shí)，它們不會叫起來。”

這種幽默背后，藏著尖銳的批判。如果說化學(xué)是基礎(chǔ)科學(xué)中最不被待見的一門學(xué)科，那么無疑是因?yàn)槿藗儗瘜W(xué)了解得最少，同時(shí)人們對化學(xué)的偏見也越深。在書中，作者直面“化學(xué) vs 自然”的爭議，如農(nóng)藥殘留、塑料污染等問題，這本質(zhì)上是人類對化學(xué)的誤用，而非化學(xué)本身的罪過。分子無善惡，關(guān)鍵在于如何駕馭。

從反疫苗謠言到“純天然崇拜”，索維奇直言：“我希望看到人們重拾對科學(xué)的信任，相信科學(xué)能改善我們的生活。”在新冠疫情期間，他卷起袖子帶頭接種疫苗——科學(xué)不是真理的終點(diǎn)，而是對抗蒙昧的起點(diǎn)。

回到本書的書名：什么是分子之美？是葉綠素捕獲陽光時(shí)的能量躍遷，是索烴環(huán)扣環(huán)的拓?fù)渲i題，是人類用智慧復(fù)現(xiàn)自然奇跡的勇氣。

這是一本寫給“非專業(yè)讀者”的科普書，卻能讓所有人感受到：科學(xué)不是少數(shù)人的專利，而是人類探索宇宙的共同旅程。正如索維奇教授在書中寫道：“化學(xué)是連接自然和生命的橋梁。化學(xué)是連接分子和人類的紐帶?！碑?dāng)我們凝視分子的對稱結(jié)構(gòu)、驚嘆生命的化學(xué)奇跡時(shí)，看到的不僅是微觀世界的精巧，更是人類智慧與自然法則的共振。

如果你曾對科學(xué)好奇，或想重新認(rèn)識這個(gè)由分子構(gòu)成的世界，這本書會告訴你：原來，最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，往往始于對“美”的追尋。

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