Мартин Гарднер - Этот правый, левый мир

Нетрудно догадаться, что Пастер сделал дальше. С огромной осторожностью и терпением, используя тончайшие инструменты, он отделил видимые только в микроскоп «правые» кристаллы от «левых». Приготовив раствор из кристаллов одного типа, он нашел, что этот раствор во всех отношениях совпадает с винной кислотой, добываемой из винограда. Он вращал плоскость поляризации света в том же направлении, что и натуральная винная кислота. Приготовив раствор из кристаллов другого типа, он снова получил оптически активную винную, кислоту, но с одной существенной разницей. Она вращала плоскость поляризации в противоположном направлении.

«Пастером овладело такое возбуждение, — пишет Рене Дюбо в своей книге „Пастер и современная наука“,— что он выскочил из лаборатории и, наткнувшись в коридоре на одного из ассистентов-химиков, заключил его в объятия, воскликнув: „Я только что сделал великое открытие... Я так счастлив, что меня бросает в дрожь, я больше не могу спокойно смотреть на поляриметр!“». Как подчеркивает Дюбо, чтобы оценить величие открытия Пастера, мы должны помнить, что лаборатория у него была маленькая и примитивная и проработал он в ней всего два года. Он сам должен был приготовлять все химикалии и мастерить оборудование. «Никакой помощи он не получал, — пишет Дюбо, — только моральную поддержку учителей и товарищей по учебе и веру в свое призвание».

Открытие Пастера подтвердило предположение Био об асимметрии некоторых молекул. Когда старый ученый услышал об открытии молодого человека, он немедленно послал за Пастером и попросил повторить при нем эксперимент, выполненный Пастером с винной и рацемической кислотами. Чтобы убедиться в отсутствии ошибки, Био настоял на использовании рацемической кислоты, изготовленной им самим. После выпаривания раствора и образования кристаллов он через плечо Пастера наблюдал, как молодой химик разделяет крошечные кристаллы — правые от левых. Био сам приготовил оба раствора и лично с помощью поляриметра проверил, как они вращают плоскость поляризации. «Сперва он выбрал более интересный раствор, — писал позднее Пастер, — раствор, содержавший новую, ранее неизвестную форму винной кислоты».

«Еще не сняв показания прибора, — писал Пастер (я цитирую по книге Дюбо), — Био понял, что происходит сильное вращение влево. Тогда прославленный старик, растроганный до глубины души, схватил меня за руку и сказал: „Сынок, я так глубоко люблю науку, что сердце мое замирает“».

Это был первый великий эксперимент Пастера, эксперимент, доказавший с полной определенностью, что молекулы могут существовать в двух энантиоморфных, зеркальных формах.

Второе крупное открытие Пастера в этой области было сделано десятью годами позднее — он обнаружил, что при выращивании некоторых видов плесени в растворе рацемической кислоты раствор становился оптически активным. Серией экспериментов он установил, что плесень разрушала только молекулы кислоты одного типа, а их зеркальных напарников не трогала. Очевидно, какая-то асимметрия, присутствующая в органических веществах плесени, приводила к тому, что плесень действовала на молекулы винной кислоты лишь одного из двух возможных типов. В первых экспериментах Пастер сам разделял молекулы двух типов; теперь появился новый метод разделения.

«Асимметричный живой организм, — писал Пастер, — выбирает для питания именно ту форму винной кислоты, которая отвечает его требованиям и, несомненно, соответствует какой-то собственной внутренней асимметрии, а другую форму оставляет без изменения — либо полностью, либо большую ее часть. Асимметричный микроорганизм, следовательно, демонстрирует свойство, которым не обладает ни одно химическое вещество типа обычных окислителей. Только асимметричные агенты могут оказывать избирательное действие по отношению к энантиоморфам».

Как утверждает Дюбо, Пастер пытался глубже разобраться в смысле своих опытов. Зная, что большинство органических веществ, входящих в состав живых организмов, оптически активны, а растворы любых химических веществ неживой природы, наоборот, оптически неактивны, он решил, что только живые организмы могут создавать соединения из асимметричных молекул одного типа. При получении таких соединений Пастер использовал два метода, в которых участвовал «живой агент»: в одном это была плесень, в другом — сам Пастер: ведь это он разделял молекулы, сортируя образованные ими кристаллы.

Пастер был убежден (и оказался прав), что только в живых организмах можно обнаружить асимметричные вещества, состоящие из асимметричных молекул одного типа. Это была, по его мнению, единственная «четко установленная демаркационная линия, которую можно в настоящее время провести между химией живой материи и химией неживого».

«Неживые симметричные силы, — писал Пастер, — действующие на симметричные атомы и молекулы, не могут привести к появлению асимметрии, поскольку одновременное создание двух асимметричных половинок эквивалентно образованию симметричного целого независимо от того, будут ли асимметричные половинки объединяться в одну молекулу... или существовать в виде разных молекул подобно левой и правой компонентам рацемической кислоты. В любом случае симметрия „целого“ подтверждается отсутствием у него оптической активности».

В трогательном письме к другу в 1851 году Пастер писал (цитирую снова по книге Дюбо): «Я на пороге тайны, и покров, ее скрывающий, становится все тоньше и тоньше. Ночь кажется мне слишком долгой». Последней фразой Пастер хотел сказать, что он с трудом мирится с ночными перерывами в работе, так не терпится ему снова очутиться в своей лаборатории!

Пастер никак не мог установить точную геометрическую природу асимметрии, из-за которой молекулы отличались от своих зеркальных изображений, но в том, что такая асимметрия существует, он не сомневался. «Молекулярные структуры двух винных кислот асимметричны, — писал он, — а в остальном они совершенно одинаковы, только обладают асимметрией разного знака. Группируются ли атомы правой кислоты в виде правой спирали, помещаются ли в вершинах неправильного тетраэдра или образуют асимметричную конструкцию другого типа? Мы не можем ответить на эти вопросы. Но нет никакого сомнения в том, что какой-то асимметричный порядок расположения атомов, несовместимый со своим зеркальным изображением, существует. Не менее достоверно то, что атомы левой кислоты располагаются в противоположном асимметричном порядке».