Martin Karplus得獎有感

馬丁·卡普拉斯（Martin Karplus）：1930年3月15日出生于奧地利維也納的猶太裔美國理論化學家，擁有奧、美雙重國籍。1979年開始擔任哈佛大學的西奧多·威廉·理查茲化學教授。

Martin Karplus今年得了諾貝爾化學獎，我們一家都很高興，因為他是我們一家唯一近距離接觸過的諾貝爾獎獲得者。這么多年來，大家都知道憑他在理論化學方面的影響力，只要身體健康、長壽，他遲早會得的。但不知道什么時候會以什么研究成果得獎，因為他的貢獻很多很雜。

記得我剛到布法羅工作時，請他到我們學校作報告。他給了個生平簡介。那里列舉了35篇他的主要工作成就（其中有6篇在Nature/Science上發表，其他在各種雜志發表）。例如核磁共振里用于結構測定的Karplus方程，H+H2化學反應勢能面的量子化學計算，生物大分子的量子化學計算，生物大分子的分子動力學研究，用量子化學和分子動力學結合（QM/MM）來研究酶的反應機制，等等。雖然貢獻雜多，但其中的主線一直是量子化學在小分子和生物大分子上的應用。即使經典分子動力學，它里面的大部分參數也是從小分子的量子化學計算出來的。Karplus最后以QM/MM的貢獻得獎，雖然是在意料之外，但也是在情理之中。有意思的是得獎的那篇論文不在他給我的35篇內，QM/MM的工作是用另外一篇來代表的。

在QM/MM方面得獎是在意料之外，主要是大家都覺得他在蛋白質分子動力學模擬這個領域的影響最大。他通過對蛋白質的動態分析，改變了對蛋白質分子結構及功能間關系的理解。更重要的是由他推動的分子動力學軟件的自由傳播而極大地影響了分子動力學模擬這個領域里的幾代人。

QM/MM方面得獎也是在情理之中。畢竟這是化學獎，生物分子動力學的研究基本上是屬于計算生物學而不是計算化學的范疇。而量子化學和分子動力學的結合可以看做是計算化學的延伸，爭議將在諾貝爾獎委員會之內會小一些。Karplus的得獎是對他一生致力于用物理和化學的原理來解釋生物現象的認可。

Martin Karplus的得獎對我們有什么啟示？對我而言，最大的啟示就是膽子要大。用七十年代的笨拙計算機來做小分子量子化學計算已經很不容易，但他就已開始算蛋白質大分子了。更不用說他居然把量子化學和分子動力學結合起來計算大分子而不管當時計算機只能模擬幾個皮秒的運動 。幾個皮秒蛋白質根本動不了什么。記得我在國內大學的畢業論文（1984年）是一個剛從美國訪問回國的一個老師帶的。他在美國訪問時算了一些小無機分子，但他要我計算一個比他的分子大了好幾倍的有機分子。當時，中科大的“超級”計算機中心是要以計算的機時來算錢的，錢很快就用光也沒有算完。我當時在背后抱怨，導師自己算小的讓我算大的，真不公平！但現在想來，學生就應該在老師做的基礎上做得更好，更復雜才行。科學都是從易到難。如果跟老師做一樣難易程度的東西，做出的結果可能就沒有什么大意義。做費時大計算量的工作是有很大的風險。幾個月甚至幾年的反復計算才會有結果。但結果如果不符合實驗就等于白做了。不怕風險，雖然這不是成功的保證但只有這樣才有真正成功的可能。

Karplus的工作對我的另一個啟示就是不要怕繁。學物理出身的往往拼命想把問題簡化。我在美國讀研究生時就曾經把水分子近似成硬球來計算氣體在水里的溶解能。但對于生物現象，關鍵之處經常在于細節，簡化馬虎不得。一個分子動力學程序里用的蛋白質能量函數有上千個參數。這是靠好幾個Karplus研究生的畢業論文才搞成的。一將功成萬骨枯，在哪個領域都是一樣的啊。

Martin Karplus的得獎是對全世界做計算生物學的一個鼓勵。計算生物學，特別是分子動力學，不像量子化學，還不是一個被普遍認可的學科。這主要是由于它往往用于解釋已知現象而不是一個很好的預測工具。原因是分子間的相互作用不能簡單地用經典力學來解釋。也許只有等有了遠超于現在的計算機，一切從量子力學開始，生物高分子的全部秘密才能向我們展開。在這樣的超級計算機來到之前，大部分生物高分子的研究只好靠對已知數據的挖掘來完成，這就是生物信息學，一門方興待艾的學科。所以可以說，革命尚未成功，同志仍需努力！（來源：科學網）