水力发电站和生物体
水力发电站。在米切尔看来，生物体生产能量货币ATP的过程，其实就和人们利用水力发电的过程类似。
生产ATP就如同水利发电
先不管他说的对不对，我们先回忆一下水电站的工作原理。
首先，要在大江大河上用大坝截断水流，这样一来，水坝上游的水位就要比下游高得多，两者之间形成了高低水位差，这个水位差里蕴含了巨大的势能。
这个时候，如果在水坝上开一个孔，水就会自动从高处往低处流。如果在孔道那里装一个水力发电机，水流持续冲击水力发电机的叶片，就能生产电能。这个道理我们都知道。
在这个基础上，人类还发明了所谓的蓄能水电站，它是如何工作的呢？
比如在夜晚的时候，多数人都睡觉了，用电量的需求就没那么大，那么，多发出来的电没用就浪费了，而这多出来的电恰好可以用来驱动一个水泵，把水从下游低水位重新抽回上游。
这样一来，多余的电就重新转化成了水的势能，储存了起来。到了白天用电量大的时候，打开闸门发电就行。
简单来说，抽水蓄能电站的工作原理就是：白天需要电的时候，水流持续发电；晚上电富裕的时候，用电重新泵水。
米切尔说，生物体制造能量货币ATP的过程，原理上就和抽水蓄能电站差不多。
首先，葡萄糖分解产生的能量就像是水泵，负责把下游的水抽回上游，积累更多的势能。然后，开闸放水，水流冲击水力发电机的叶片，就能生产能量货币ATP。这就完成了葡萄糖到ATP的能量转移。
1961年，米切尔在著名的《自然》杂志发表了上面这个奇特的理论。可是必须得说，他的整篇文章除了猜测和推断之外，没有给出任何实验数据的支持。
你可以想象，这个模型乍听起来是多么莫名其妙。它等于彻底抛弃了传统的化学解释，用一个非常反直觉的物理模型来解释生物能量的来源。
生物学家们的反应也可想而知。他们连续发问：水泵是什么？发电机长啥样？水坝又在哪儿？你从细胞里、从生物体里找找看？
被群起而攻之的米切尔，甚至一度被逼得在学术界呆不下去，只好辞职回家侍弄花草，这段时间，他还顺手整修了自己家的一座古老庄园。
但我还是得说，米切尔的运气是不错的，因为他的身份是科学家。古往今来有太多离经叛道的探险家了，如果他们在政治圈子、宗教圈子、或者文艺圈子里打转，一般命运会非常悲哀。
但是在科学圈子，科学探索有一个核心原则，能保护科学家和他的科学思想。
这个原则就是：不管是谁，不管说了什么离谱的东西，只要客观数据证明他有道理，我们就得听他的。
水电站模型解决两大生物学难题
几年之后峰回路转，大家逐渐意识到，米切尔的模型好像没有看起来那么不可思议了，它确实能帮助解决两个难以理解的生物学问题。
先说第一个被解决的问题。
按照米切尔的模型，你可以想象，细胞里必须得有一些东西能够形成物理屏障，就像水坝挡住水流一样，阻挡住某种物质的流动，这样才能储存势能。
更重要的是，如果米切尔的模型是正确的，那你可以想象，在这一层物理屏障的两侧，肯定存在巨大的物质浓度差别，就像水坝的坝体内外，水位差可能有上百米。
这个差别，后来居然真的被找到了。
大家发现在细胞内产生ATP的地方——一个叫做线粒体的细胞器——它的膜厚度只有5纳米，非常薄。
而这层膜的两侧，氢离子，也就是质子的浓度差别极其显著，以至于跨越5纳米，电压的差别就有150毫伏。换算一下，这个电压的强度赶上闪电的电压了。
那么问题就来了，细胞为什么要专门存储这么危险的电压呢？这不合常理啊？这时候米切尔的水力发电站模型，正好给了这种现象一个合理的解释。
再说第二个被米切尔模型解决的问题，那就是我开头提到的20世纪生物学最大的谜团——为什么1个葡萄糖产生的ATP数量飘忽不定？
你想想看，在米切尔的模型里，葡萄糖是水泵，负责抽水蓄能，ATP来自开闸放电。这本质上是完全独立的两件事。
葡萄糖负责抽水蓄能之后，到底开不开闸、开多久、放多少水、发多少电、生产多少ATP，那都是水电站可以自由决定的事情了。
当天对能量需求量高，就多放一点，否则就少放一点，甚至等过几天再放。也就是说：
细胞内的微型水电站，可以根据细胞内的能量需求，来自由决定生产ATP的效率。那么，1个葡萄糖能生产几个ATP，自然就不是一个恒定数字了。
正因为米切尔的水电站模型巧妙解释了刚刚提到的两个问题，所以到这个时候，已经有些科学家开始接受这个离经叛道的观点了。但是，仍然没有直接的证据支持这个理论。
直到1994年，最具决定性的发现产生了——人们居然直接看到了这座生物水电站。
在这一年里，米切尔的英国同行约翰·沃克（John Ernest Walker），利用x射线衍射的方法，研究了米切尔模型中的那个水力发电机，并且获得了这个蛋白质机器的立体结构。
形象地说，这个名叫ATP合成酶的蛋白质，样子就像是发电机。它有一个能够转动的旋转头，旋转头有3个叶片，两两之间相隔120度。
当氢离子流动的时候，就能够带动旋转头的旋转。每流过3个氢离子，旋转头旋转120度，每旋转120度，就能产生1个能量货币ATP。
也就是说，ATP合成酶不光是在功能上很像水力发电机，就是在三维结构上，长得也非常像一个微型的水力发电机。
说到这儿，我实在要感叹这个蛋白质的立体结构实在是太精巧，太美了。它是几十亿年生物演化的产物，同时居然和人类自己创造出的机器，在功能和结构上那么相像。
更让我感叹的是，人类科学家，特别是米切尔本人，居然能在数据条件非常粗糙的条件下，近乎百分之百准确地猜测出了这架分子机器的工作原理。
这件事本身就证明了人类科学探索的力量，是对人类智慧毫无保留的奖赏。
就这样，伴随着越来越多的证据被发现，科学共同体开始慢慢地接受米切尔的理论，承认细胞制造ATP真的有点像抽水蓄能电站。
米切尔本人也重新获得了科学界的认可和崇高敬意，还因此获得了1978年的诺贝尔奖。在领奖的时候，他说过这么一段话：
“曾经有人说过，新科学思想的胜利，主要原因是秉承老思想的科学家们都逐渐死去了，但是我的经历就证明了这种说法不对。”
你看，这就是科学的力量，就是科学数据的说服力。