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細菌是由荷蘭人誰發現的

生活 更新时间:2024-12-26 02:00:53

康德去世18年後,微生物學的開創者路易·巴斯德( Louis pasteur)于法國東部裘拉省山清水秀的洛爾小鎮出生。19世紀後半葉,人類在這位滿臉絡腮胡的大學者的帶領下,第一次将視野從大型生物拓展至微觀群落,第一次試着與細菌、病毒等單細胞甚或無細胞個體對話,地球文明對生命的定義亦從此改寫。不過,在1846年,福澤天下的“巴氏消毒法”尚未誕生,“疫苗”的概念在巴斯德那靈感奔湧的頭腦中也還未見雛形。此時,年方23歲的他才剛獲得巴黎高等師範學校頒發的物理教師資格證書,機緣巧合下,進入了化學家安托萬·巴萊( Antoine balard)的實驗室,繼續自己摯愛的研究工作。年輕的巴斯德透過顯微鏡接觸的第一個對象,正是不久前才剛在世人面前展露姿容的有機晶體。這群表面上形态各異,暗地裡卻遵循着特定排布規律的分子陣列立刻激起了他的探索欲望。兩年後,巴斯德向法國科學院提交了一篇别具一格的論文,文章從前人聞所未聞的切入點,将生物學帶到了新一層的迷宮岔道口。

在考察葡萄酒的發酵機制時,巴斯德注意到,葡萄酒中産生的天然酒石酸在偏振光的照射下會顯現出一種特殊的“旋光性”,令光源朝着順時針方向旋轉。但是,若把工業合成的同一物質放在偏振光下,卻不會引起任何變化。二者都是酒石酸,經檢測,它們的各項化學性質也都一緻,為什麼偏偏在偏振光下表現得如此迥異?經過細心地觀察,巴斯德發現,原來天然酒石酸晶體與人造晶體在形狀上确有極其細微的差别,前者隻有一種構型,而後者卻由兩種互為鏡像的品體顆粒混合而成。

這其中一定包藏着不為人知的大秘密!于是,巴斯德耐着性子,用解剖針将人造酒石酸中的兩種晶體一粒一粒地分離開來。完工之後,他将兩撥晶粒的水溶液分别置于偏振光下,果如其所料:兩撥樣品中的一組能令光源順時針旋轉,另一組則正好相反。此時,若從兩邊各取等量顆粒溶入水中,旋光性立刻就消失了。就好像光在液體之中左轉一圈、右轉一圈,便又回到了原初的軌迹上來。巴斯德将該現象命名為“外消旋”,因此,人工合成的酒石酸又叫外消旋酸。而從葡萄自然發酵生成的酒石酸身上,卻總能檢測到同一種旋光性,故我們把它稱為右旋(D-)酒石酸。這一奇特現象說明了什麼呢?化學反應對分子式相同、形态互為鏡像的兩類分子并不厚此薄彼,所以在人工合成的酒石酸中,兩種晶體正好一樣多。可作為生命體的葡萄君似乎并不以“公平”為意,它們口味極端挑剔,故意打破平衡,将産物統統集中在鏡子的某一面。至此,左與右的裂痕初露端倪。

多年以後,當巴斯德終于知曉了微生物的存在,便迫不及待地将其引入到左與右謎題,結果卻帶來了更大的困感。他發現,把細菌放入右旋(D-)酒石酸,它們可以自由自在地生息繁衍;但将同一種群放入左旋(L-)酒石酸,不久它們卻因代謝受阻面全都活活餓死。難道說,葡萄酒所透露的并不僅僅是它自身的某種特質,而是整個生物圈莫不尊崇的普遍規律——大自然對左或右确實有所偏好?

一生一滅,這組驚人的對照在物理、化學、生物等各個領域同時掀起了實驗狂潮。随着檢測範圍不斷擴大,科學家終于不得不承認:這顆星球上幾乎所有物種,大到哺乳動物、魚類,鳥類,小到單細胞真菌以及連細胞核都不具備的細菌,對左與右皆是愛憎分明。具體來說,生命體不可或缺的氨基酸一律都是左旋(L-)型的,而糖類則都是右旋(D-)型的。又過了30年,當顯微術更進一步把鏡頭探入晶體内部時,順着以上線索,化學家不費吹灰之力便找到了造成旋光性的最根本原因——兩種互為鏡像的同分異構分子。

仍以酒石酸為例,左邊部分即為天然的右旋産物,左右混合即是工業上的外消旋酸。若在二者之間擱一面鏡子,它倆就像我們的左右手一樣,每一點都一一對應,但就是無法在三維空間内相互重合。1883年,開爾文勳爵( Lord kelvin)在一次科學演講中,率性地把分子的此類性質描述為“手性”,這一頗為傳神的外号很快便在學術圈中流傳了開來。

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左與右,一鏡相隔的竟是生命與非生命兩個世界!但同時,我們從人工化合的角度卻可以肯定,物理法則并不偏愛其中任何一方。籠罩在正反物質上空的疑雲再一次滾壓将下來:漫長的進化之路上,究竟是什麼原因讓鏡子的一邊掌握了絕對性優勢?比較輕松的回答依舊可以說是偶然性在作崇。太古之初,遊離的單細胞原本“左手”、“右手”各半,但在随機的漲落中,某一方在數量上出現了微弱的優勢。以氨基酸為例,如果某片區域内搭建蛋白質的氨基酸全部是左旋構型,那麼不幸降生于該區的右旋個體都将被環境自然淘汰。漸漸地,左旋氨基酸聲勢越來越浩大,而唯有适應此等口味,族群才能蓬勃發展。此時,不論原先殘留的,抑或通過變異新生的右旋物種都極難再找到立錐之地。就這樣,慘烈的生存競争中,以右旋為食的物種一輪輪潰敗、逃亡,地盤一再收縮,最終在這顆星球徹底銷聲匿迹。

不過,與正反物質之謎一樣,該解釋亦面臨着同一個問題:既然左右之争中,勝利一方的優勢完全源于偶然,那就意味着外太空中必定存在嗜好右旋氨基酸的生命體喽?限于目前的探測技術,人類還沒有能力給出肯定或否定的證據。但有一點:與正反物質相遇所面臨的災難性後果不同,左與右完全可以相安無事地生活于同一片星空下。那麼,自然為什麼不設計一種“左右通吃”的生物呢?相對于口味單一的“右旋愛好者”或“左旋愛好者”來說,這種生物豈不更有生存優勢?可進化終究沒有走上這“第三條坦途”,難道設計之神是想通過生命的不對稱結構,透露其非左即右的小小偏執一一如果自然并不像我們想象中的那麼“公正”,那到底是哪一環節出現了偏頗?

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作者簡介

棽棽,雲南昆明人。山東大學應用化學學士,複旦大學物理化學碩士。喜好神遊四海,偶爾亦會逃離地球,卻怎麼也逃不開對宇宙設計的好奇。探索其間的樂趣,願與你一同分享。

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清華大學出版社2015年10月出版

作者:棽棽

《時與光:一場從古典力學到量子力學的思維盛宴》是一本相對論與量子力學的零基礎入門書,同時也是一套描繪人類思維發展曆程的精彩畫卷。跟随書中的一個個智者,你将從古典力學走向經典體系,最終跨入理論物理的前沿陣地——量子迷域。

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