Краткая история сотворения мира. Великие ученые в поисках источника жизни на Земле - [48]

Научная репутация Пастера во Франции сложилась быстро, но этот путь не был легким и предсказуемым. Пастер родился в 1822 г. в семье бедного красильщика кожи из маленького городка Доль на востоке Франции. В колледже он увлекся химией и мало интересовался науками о жизни, ставшими полем его деятельности в более поздние годы. Первый университетский пост он получил в качестве профессора физики в университете Страсбурга.

Пастер еще в юности заинтересовался природой кристаллов, как Эндрю Кросс. Изучение кристаллов в страсбургский период впервые подвело Пастера к вопросу о природе жизни. Работая на примитивном поляриметре (приборе, измеряющем взаимодействие химических веществ со световым лучом), Пастер начал анализировать поведение луча света в растворах винной кислоты, содержащейся в таких фруктах, как виноград и тамаринд. Винную кислоту уже научились производить синтетическим путем и под названием «рацемическая кислота» продавали в качестве добавки для повышения качества хлеба. Пастер обратил внимание, что винная и рацемическая кислоты, хотя и идентичны по составу, совершенно по-разному влияют на поведение поляризованного света. Раствор винной кислоты поворачивал плоскость поляризации света по часовой стрелке, тогда как раствор рацемической кислоты, казалось, не оказывал на луч никакого влияния.

Пастера удивило это различие, и в результате тщательного анализа с помощью увеличительных стекол он обнаружил, что при кристаллизации рацемической кислоты образуются два типа кристаллов, которые идентичны во всех отношениях, но являются зеркальными отражениями друг друга. Пастер терпеливо разделил кристаллы двух типов, поместив их в разные емкости, он растворил их и обнаружил, что растворы поворачивали поляризованный свет в противоположных направлениях и что кристаллы одного типа были идентичны кристаллам природной винной кислоты. Пастер понял, что синтетический продукт был смесью равных количеств природной формы винной кислоты и ее зеркального изомера.

Так Пастер столкнулся с явлением хиральности. Теперь химикам известно много хиральных молекул, то есть молекул, не совмещающихся в пространстве со своим зеркальным отражением, как перчатки для левой и правой руки. В обеих молекулах содержится одинаковое число атомов, соединенных между собой одинаковым образом, но их нельзя наложить друг на друга, как правую перчатку нельзя наложить на левую. Оказывается, большинство важнейших для биологии молекул, таких как компоненты белков и нуклеиновых кислот, являются гомохиральными: ориентация всех этих молекул одинакова – это либо левовращающие, либо правовращающие изомеры. На протяжении всего следующего столетия биохимики обсуждали смысл явления гомохиральности биологических молекул, а Пастер в результате своего открытия укрепился в виталистической идее о принципиальном различии между живой и неживой материей.

В 1854 г. Пастер стал профессором химии и деканом научного факультета в университете Лилля. Вскоре он занялся вопросом, имевшим еще более очевидное биологическое значение, а именно, производством спирта. Его интересовало, почему в процессе брожения образуется спирт. Эта загадка волновала многих людей, начиная с древнейших времен.

Лилль был французским центром производства свекловичного сахара. Во времена Наполеона во Франции были перебои с сахаром из-за десятилетней блокады со стороны Великобритании, поэтому Наполеон поощрял производство сахарной свеклы внутри страны. Французские мастера по перегонке спирта научились производить из свекольного сока нечто вроде рома, но превратить его в качественный алкоголь оказалось делом нелегким: жидкость имела интенсивный кислый вкус и неприятный запах. К моменту прибытия Пастера в Лилль производители спиртовой продукции были в отчаянии. Отец одного из студентов Пастера, состоятельный промышленник, пришел к ученому с просьбой помочь в разрешении проблемы, с которой столкнулась местная промышленность. Пастер имел незначительный опыт в биологии, но решил помочь. Вскоре жена Пастера писала своему отцу, что Пастер «по шею погрузился в свекольный сок».

В подвале старой сахарной фабрики Пастер организовал самодельную лабораторию, в которой не было практически никакого оборудования, кроме примитивного отапливаемого углем инкубатора. Однако там был предмет, который, как ни странно, тогда довольно редко встречался в химических лабораториях, – стандартный учебный микроскоп, позаимствованный Пастером в университете. В те времена химики измеряли и взвешивали вещества и экспериментировали с ними, чтобы вывести абстрактные химические формулы, а биологи и физиологи исследовали свои объекты, используя микроскопы для анализа их тонкой структуры. Наблюдая за процессом брожения при помощи микроскопа, Пастер начал понимать его так, как не понимал ни один химик.

Все знали, что брожение – ключевой этап в производстве спирта. Однако ничего конкретного о сути этого процесса известно не было. Пивовары и виноделы знали, что в закваске содержатся дрожжи. Первыми дрожжевые клетки разглядел Антони ван Левенгук; это были овальные микроскопические клетки, беспорядочно двигавшиеся под стеклами его микроскопа. Но поскольку он не заметил, чтобы они могли двигаться самостоятельно, он не счел их живыми организмами. Само слово yeast (дрожжи) было производным от староанглийского слова, обозначавшего пену. Когда Пастер начал изучать процесс брожения, мало кто из ученых подозревал, что именно дрожжи, даже если они живые, играют ключевую роль в образовании спирта. Антуан Лавуазье – заметная фигура в истории химии – при попытках описать процесс брожения практически полностью игнорировал присутствие дрожжей. Однако в 1830-х гг. некоторые ученые начали подозревать, что пивные дрожжи, на самом деле, представляют собой сгустки микроорганизмов и являются важнейшим участником реакций брожения.