唐有祺:根深方能叶茂

编者按:北大有着“科学报国”的光荣传统。新中国成立以来,从“两弹一星”到第一次人工合成牛胰岛素,从成功提取青蒿素到联合研制我国第一台百万次集成电路电子计算机,北大科技工作者在科学技术领域攻坚克难,取得了一系列原创性、突破性科研进展和科技成果。改革开放以来,稀土分离理论及其应用、计算机汉字激光照排系统和后来的电子出版系统的研制等为代表的重大科技成果,持续引领时代进步、造福人民造福世界。


当前北大正深入开展“不忘初心、牢记使命”主题教育。为充分发挥榜样的示范引领作用,北大新闻网特开设《初心•使命》专栏,讲述老一辈科学家科学报国的故事,以激励北大师生弘扬科学报国的优良传统,不忘初心、牢记使命,肩负时代重任,勇做新时代科技创新的排头兵。

人物简介:中国科学院院士唐有祺主攻物理化学,是中国晶体化学和结构化学的主要奠基人,中国分子工程学的开拓者,中国化学生物学的倡导者。曾师从诺贝尔奖获得者鲍林(Linus C. Pauling),主攻X射线晶体学和化学键本质,旁及量子力学和统计力学工作,并成为最早涉及蛋白质晶体学的研究者之一。

唐有祺为中国的晶体结构和结构化学研究做了奠基和发展工作,创立了自发单层分散理论,提出化学生物学的新概念,让中国的化学与生物学联姻,带动中国在分子水平研究生命现象,并在推动中国化学乃至中国科学的国际化,倡导中国在国家层面重视基础研究、建立科学研究资源和奖励的分配机制、关注科学研究人才的培育等方面作出诸多贡献。

在中国化学界,唐有祺对晶体结构和化学键本质的研究,既起到了“播种”的作用,又对结构化学在本土生根、开花和结果有所促进。

冲着鲍林进入加州理工学院

唐有祺1920年出生于江南水乡、千年古镇新场镇(今属上海浦东),家道小康,5岁进入新场镇的小学学习,喜欢阅读课外书,对白话文产生浓厚兴趣,有了自己的偶像岳飞和爱迪生。就读南汇县立初级中学时,唐有祺开始偏爱数学、物理、英语等科目,擅长划船,向往国外的世界,并如愿考取上海中学。高中的物理课和化学课向唐有祺展现出一个看不见摸不着的微观世界,电磁效应和化学反应是那样神秘,激发了他的好奇心和浓厚兴趣。一次偶然的机会,唐有祺读到一篇文章,谈到科学界前辈任鸿隽先生从美国学成归来时曾讲,任鸿隽向往的不是像爱迪生这样的发明家,而宁愿以一个理论和实践并重的科学家来自勉。这对唐有祺影响很大,爱迪生不再是他的崇拜对象,而是法拉第和麦克斯韦等物理学家。上海中学的教学理念与丰富多彩的校园生活,使得唐有祺在中学时期不仅掌握了学习方法与实验能力,还开拓了眼界,这让他在日后的科学与教育实践中能够萌发一些超前想法,并让他始终保持着对生活的热忱与激情。

1937年,唐有祺报考清华,由于战争原因,考试被取消。而在同济建校30周年校庆时组织的一次校园参观中,注重实践的同济吸引了唐有祺。1937年底,唐有祺从上海租界坐船到温州,再经丽水到金华,入读同济大学理学院化学系。唐有祺在同济大学的5年,正是同济历史上异常艰苦的5年。同济大学6次迁校,唐有祺读书期间跟随学校5次迁移,足迹踏遍了9个省份。他后来在化学方面的基础、在实践方面的能力、在德语和英语方面的收获,都得益于在同济大学期间的学习。

大学毕业后,唐有祺并没有选择留校工作。他最初的志向是从事实业,工业救国。毕业之初,唐有祺先去昆明一家兵工厂工作了6个月。随后转往重庆一家钢铁厂工作。在考上中央大学研究生之时,他又与一位从国外回来的人合作,在重庆市区合营一个专做电解铁片的试验厂。为此,他甚至放弃了研究生学业。而正是这番经历,让唐有祺发现,自己真正的兴趣在于做学问。1944年春,唐有祺踏上了赴美的“梅格斯将军”号轮船。

到了美国,他最先联系了一个比较一般的学校,加州理工学院是他到了美国之后才临时联系的。之所以选择加州理工学院,他是冲着鲍林去的。与鲍林的一番谈话,让他顺利地成为鲍林的门生。鲍林如此爽快地答应唐有祺的申请,不仅连加州理工学院研究生院的主任,连他自己也觉得不可思议,喜出望外。鲍林选择唐有祺,有一个重要原因,是唐有祺在物理和化学两方面不仅有浓厚的兴趣,还有很好的基础。能够师从鲍林,是师生彼此选择的结果。唐有祺在鲍林门下主攻X射线晶体学和化学键的本质,旁及量子力学和统计力学。博士后期间,唐有祺以血红蛋白晶体为对象涉足蛋白质晶体学,成为国际上早期涉足蛋白质晶体学研究的学者之一。在美国期间的学习和研究,唐有祺不仅从鲍林那里学到了结晶化学和结构化学、分子生物学的前沿知识,还掌握了研究方法,学会捕捉问题,这使得他后来看问题做学问,总是处在学术水平的最高端。在各种场合,唐有祺不止一次地说过:“师从鲍林的5年是我一生中最重要的经历之一。”

正当英国和美国的一些X射线晶体学家也正忙于研究蛋白质和核酸的结构问题,以促使生物学进入分子水平,且唐有祺进行的血红蛋白研究进展顺利之时,新中国成立的消息传到美国,他异常兴奋,迫切地希望能够带着自己的知识回到新中国去。

1951年,美国移民局收到司法部的命令,限制所有属于科学部门的中国学生归国,要求一律不得离境。热爱和平、崇尚民主精神的导师鲍林知道唐有祺要回国后,虽曾想极力挽留,但得知唐有祺决心已定后,还是决定伸出援手。借助国际晶体学联合会当年7月在瑞典斯德哥尔摩召开第二届大会的机会,唐有祺从已经和新中国建交的瑞典获得签证辗转回国。

X射线衍射法初显威力

1951年8月,唐有祺回到清华大学任教。他在美国留学时便意识到,20世纪初期物理学的一个重大发展趋势是由宏观进入微观领域,如何通过实验技术有效地获得关于物质微观结构的信息是关键。虽然没有条件做科研,但带着对1912年德国物理学家劳厄(Max Von Laue)通过X射线衍射法的新发现为化学研究领域带来变革的深刻体会,唐有祺首先想到的,便是将结构化学与化学键方面的最新理论和方法通过开设“分子结构和化学键”课程的形式介绍给国内。1951年秋季,清华大学化学系的学生们意外地发现课表上多了一门新课程——分子结构和化学键本质,给他们上课的,便是刚留学归来温文尔雅的唐有祺,穿着皮衣、戴着鸭舌帽。这是他任教于清华化学系后做的第一件大事,也是他让晶体化学、结构化学在中国迈出的第一步。

从清华调到北大之后,唐有祺编写了中国第一本结晶化学著作,在北大设立物理化学专业的重点方向——分子结构及化学键。在将X射线晶体学前沿知识带到大学课堂的同时,他还筹建实验室并进行了中国第一批晶体结构的测定工作。

不仅如此,他还积极整合北大、中科院化学所和物理所的研究力量进行合作,充分利用物理所X射线衍射仪的技术优势,进行晶体结构测定,研究领域扩展到无机化学、分析化学、有机化学、药物化学、矿物学等二级学科密切相关的结构问题。在中国化学界,唐有祺对晶体结构和化学键本质的研究,既起到了“播种”的作用,又对结构化学在本土生根、开花和结果有所促进。

胰岛素与蛋白质晶体学的启蒙

自从X射线衍射实验室建立以后,唐有祺培养了一个晶体结构测定团队,形成欣欣向荣的“生态”关系研究。由于接踵而至的“大跃进”运动、经济困难时期,唐有祺的实验工作被迫中断。

20世纪60年代,唐有祺觉察到,绝大部分无机物和有机物的结构型式通过X射线衍射方法就可获得认知,而且键长和键角都可以查到,氢键的结构化学特征和数据也已掌握,重要的结构原理大都有了总结。由此,解析小分子结构的晶体学已经从新兴手段变成了常用工具。这时,他适时地提出来单晶结构分析方法应该以探索分子的结构与功能之间的关系为目的,并在生物大分子上开展工作。

因为“文革”,唐有祺的想法仅在胰岛素的晶体结构测定工作上得以实现。1965年中国在世界上第一次用人工方法合成了一种具有生物活力的蛋白质——结晶胰岛素。1966年4月,在由国家科委主持召开的人工合成胰岛素鉴定委员会第二次会议上,唐有祺建议,可以用X射线衍射的方法测定胰岛素晶体的空间结构,此工作应当刻不容缓地展开。他的建议得到采纳并被推举为学术带头人。此番建议,除了因为他一直以来对大分子结构的测定工作情有独钟,还有一个特殊原因,那就是他与英国科学家霍奇金(Alan Hodgkin)的多次接触,以及霍奇金对胰岛素的青睐。特别是,在唐有祺看来,胰岛素是霍奇金与中国晶体学家建立长久亲密友谊的媒介。胰岛素测定工作展开之际,国内政治气氛日趋紧张。唐有祺退居幕后,为胰岛素结构测定的大方向作了指引。但正是这项中国第一个蛋白质晶体结构测定工作,带动了中国分子生物学、化学生物学,特别是生物大分子晶体学的发展,为中国的结构生物学培养了人才。

“文革”刚一结束,他所指导的研究团队的工作便不再局限于解析单个小分子的结构,而是逐步开展了系列化、有意义、高难度的晶体结构和结构化学研究,发现了新颖的结构型式,解决了有关的化学问题。与此同时,唐有祺让研究团队向蛋白质晶体学方向扩展。很快,北京大学在国内首次应用分子置换法成功地测定了胰蛋白酶与Bowman—Birk型抑制剂的复合物立体结构。考虑到蛋白质分子的氨基酸序列中很可能隐藏着高级结构的信息,为了揭示这种信息,唐有祺设立了进行蛋白质结构预测的研究方向,并带着结构与功能关系的视角,带领研究小组开始了蛋白质的结构预测和分子设计研究,后来又开展了多肽的合成与表征研究工作。接着,他又将研究方向转移到蛋白质的结构、模拟以及药物设计领域。

开拓新领域,联姻多学科

唐有祺对物理、化学、生物学、数学都始终关注,且精通化学的各个学科门类,这造就了他开阔的思路,能够把握学科发展的大方向,所以,他的研究步伐总是比国内同行更快一些。他对科学问题常有令人吃惊的超前思维,并勇于开拓新的研究领域。这种对学科发展方向的敏锐触觉,结合唐有祺对中国科学发展现状的思考以及对中国科学研究力量的整合,使得唐有祺为中国化学学科的发展做出了影响深远的奠基和启蒙工作。他培养的研究团队不仅限于北大,还包括中科院、复旦大学、吉林大学等,整合的研究人员不仅限于化学领域,还触及到物理学界、生物学界和地质学界。

20世纪80年代中后期,唐有祺不仅在中国首次提出并阐述化学生物学的概念,强调化学与生物学交叉的重要性,他还意识到,仅仅将他对学科发展的敏锐嗅觉局限于研究团队之内还不够。虽然国际上已对从分子水平研究生命问题投入了相当高的热情,但是此时的中国,化学和生物学曾一度出现脱离,彼此交叉甚少。为了让化学研究工作重视生物学问题,唐有祺以“生命过程中重要化学问题研究”攀登项目为平台,团结并鼓励了一大批化学家转向从事化学与生物学的交叉研究。唐有祺所考虑的,不仅仅是生命过程中的哪些问题能被称之为“重要”,还有科研项目要着眼于充分发挥化学学科和队伍在中国生命科学研究中的作用,同时,也有为中国化学的推陈出新提供一份动力的设想。

“如果有一天可以按人的意志安排一个个原子,那将会产生怎样的奇迹。”这是诺贝尔物理学奖得主费曼的期望。与“生命过程中重要化学问题”一样,“功能体系的分子工程学”是唐有祺开辟的又一个面向国际前沿的学术方向,他倡导的功能体系的分子工程学缩短了现实和假设之间的距离。唐有祺提出的以功能为导向、分片建设分子工程学的策略,不仅带动了人才的培养,还改变了研究者的研究思维方式,并使之成为可供研究者借鉴和应用的合理方法,研究成果受到了国际学术界的广泛关注。

走向世界舞台

“文革”结束前夕,工宣队、军宣队让唐有祺去接待外宾。由于不少外宾认识唐有祺,接待工作特别顺利,其间他还接待了导师鲍林访华。“文革”刚结束,唐有祺便开始了频繁的国际学术交流。在他的努力下,中国加入了世界晶体学会的大家庭,成为中国科学走向世界舞台的标志性事件。而与国外中断联系多年之后,再次接触世界科学,让唐有祺极力呼吁中国的学术应该对外开放。

在美国留学时,唐有祺已经成为晶体学研究国际学术圈的重要成员。他在晶体学研究领域取得的成果,让他在留学期间以及从美国回到中国的旅途中,结识了不少学术同行,并尽可能地与他们保持密切联系。特别是他与鲍林和霍奇金在学术上的密切往来,成为中国晶体学界国际化的重要铺垫。

在唐有祺的努力和霍奇金的帮助下,中国晶体学会成功地加入了国际晶体学会,这是建国后最早加入国际团体的科学组织,在中国晶体学乃至国际晶体学史上,写下了浓墨重彩的一笔。1978年,唐有祺适时地提出了中国的学术应该开放。在中国加入晶体学会后,他开始为国际晶体学大会在中国召开进行申请和准备工作。1993年在中国召开的晶体学大会,是当时中国举办的规模最大、历时最长的国际性会议。

从1977年开始,唐有祺的国际交流异常频繁。这些国际交流,有的是为了争取国际会议在中国的举办权,有的是交流新的科学成果,有的是获取科学交流的资源、有的是将中国科学家的成果介绍出去,有的是开辟国际科研合作的新渠道,有的是为中国的科学研究与工业结合探索国际模式。他是活跃在世界化学舞台上,来自中国化学界的一颗耀眼的明星,是科学交流新模式的指引者。

唐有祺的工作,为中国科学家面向世界提供了平台,引导中国的科学家将研究工作放在世界的背景中定位和思考,充分利用国内外优质资源,借鉴外国的科研理念和模式,提高学术起点,为中国形成具有世界眼光和国际竞争能力的科学队伍起到了积极的推动作用。

“唐有祺先生以晶体、物化广探化学全貌,极具战略宏图。学广势伟气度非凡,握美晶照亮北大校园。分子工程,精巧绝伦,绘蓝图导向廿一世纪。”中国科学院化学研究所胡亚东先生的这首小诗,正是唐有祺科学研究的一生写照。

从1997年开始,唐有祺辞去他的学术职务,将学术舞台让给年轻人。他的学生,乃至在他主导的两个攀登项目中带动的一批化学、生物学、物理学领域的研究者,继续在其科学思想的启迪下,畅游于国际学术前沿领域。而中国科学在政策层面也继续以唐有祺倡导的重视基础研究为导向,提供体制上的激励,积极鼓励优秀科研人员的成长。

1978年,唐有祺(左6)在英国科学家霍奇金家中做客

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1947年,唐有祺在加州理工学院

1980年,唐有祺(左)查看仪器设备

唐有祺致钱学森先生的一封信

钱先生:

年前欣得手示,未克早日向您汇报为罪。

“加强基础研究”系列专题座谈会一共开了五次,最后一次是在3月5日。我们围绕基础研究对科技投入、学科建设和道德规范等三个问题进行了座谈。参加座谈的人并不限于从事数理化等基础科学的同志,其中有不少来自工程技术部门。他们都认为基础性研究很重要,并反映社会和部门对这一类研究的意义和性质了解不够或体会不深,从而不够重视或措施失当。座谈的发言使我感受最深的是,到会同志认为每个“行业”都需要“基础研究”。我的体会是,他们对“基础研究”界限的认识未必尽同,但从不同角度反映了一种要求:希望科研进行得更深入、系统和“从容”一些,使它们能更好地发挥先导和储备作用,并产生一定的后劲。这表现了科研工作者的上进心。我仍同意您的看法,应用基础或基础应用研究中困难的解决有赖于深入一步的体制改革。同时,研究工作者的自我教育和提高认识也很重要。基础性研究确有点和面结合的需要,但分散和重复的倾向不能再继续发展下去了。

我拜读了您的讲稿,其中提到:“我们要用现代科学技术建设有中国特色的社会主义。”此稿内容丰富,深入浅出,很有新意,并坚持以马列主义毛泽东思想为指导。我读了几遍,深受启发。

在讲稿的第五节中,您谈了对科技体制改革的看法,特别提出了建立第四产业,即科学技术业的倡议。

我认为,科技体制改革刚起步,有了一些认识,当务之急是如何落实已经制定的不少方针或方针性意见。它们是:科技是第一生产力;经济建设依靠科技,科技面向经济建设;经济要转入依靠科技进步和提高劳动者素质的轨道上来;发展科技事业,提高劳动者素质,基础在教育;为了实现现代化的宏伟目标,跟踪世界高新技术,必须继续加强基础性研究,增强科技实力和发展后劲;进一步加强科技法制建设,建立健全保护知识产权的制度,发挥专利制度在发展科学事业和经济建设中的作用;加速科技成果转化为生产力等等。

这些方针涉及到经济、科技和教育三个方面,相关部门有计委、经委、科委、教委和科学院、基金会等属下的众多机构。要认真贯彻这些方针,首先要责成这些部门一起同心同德地在经济、科技和教育三位一体的高度协调中认识其对我国今后兴衰存亡的意义,并以国家利益为重,超脱部门的利益来制定实施办法,其中包括您倡议的把科学院和高等院校等的科研机构进行的科研工作和所得成果组织起来,然后以组建科学技术业为手段,协调全国的科学技术工作来面向经济建设。

当前比较突出的问题是部门之间还缺少一种促进它们进一步协调的动力和是非标准,特别是产业部门困于眼前的任务,难于高瞻远瞩,而且现行的劳动和财务制度也对其改革不利。如果产业部门真正认识到发展生产要立足于科技进步,目光放远,并起而尊重知识产权,摒除门户之见,对改革肯定会起极大作用,而大中企业的问题只要经过劳动和财务制度的改革,很可能也得以迎刃而解。

虽然在形成科学技术业这样的第四产业之前,还需要克服许多困难,移去很多障碍,但中华如将振兴,生产力必须不断解放,改革一定要逐渐深化,我深信,您提出的建设性方案一定会越来越深入人心,并必能在加速我国经济、科技和教育发展的进程中起到促进作用。

以上意见如有不妥之处,希不吝指正。

张丽珠嘱笔问蒋英同志好,并致

敬礼

晚 唐有祺 敬上

1992年3月15日

原文链接“老科学家学术成长资料采集工程”系列报道22——化学家唐有祺院士:根深方能叶茂《中国科学报》 (2014年03月28日 第10版)

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