细菌是由荷兰人谁发现的(细菌是谁发现的)
康德去世18年后,微生物学的开创者路易·巴斯德( Louis pasteur)于法国东部裘拉省山清水秀的洛尔小镇出生。19世纪后半叶,人类在这位满脸络腮胡的大学者的带领下,第一次将视野从大型生物拓展至微观群落,第一次试着与细菌、病毒等单细胞甚或无细胞个体对话,地球文明对生命的定义亦从此改写。不过,在1846年,福泽天下的“巴氏消毒法”尚未诞生,“疫苗”的概念在巴斯德那灵感奔涌的头脑中也还未见雏形。此时,年方23岁的他才刚获得巴黎高等师范学校颁发的物理教师资格证书,机缘巧合下,进入了化学家安托万·巴莱( Antoine balard)的实验室,继续自己挚爱的研究工作。年轻的巴斯德透过显微镜接触的第一个对象,正是不久前才刚在世人面前展露姿容的有机晶体。这群表面上形态各异,暗地里却遵循着特定排布规律的分子阵列立刻激起了他的探索欲望。两年后,巴斯德向法国科学院提交了一篇别具一格的论文,文章从前人闻所未闻的切入点,将生物学带到了新一层的迷宫岔道口。
在考察葡萄酒的发酵机制时,巴斯德注意到,葡萄酒中产生的天然酒石酸在偏振光的照射下会显现出一种特殊的“旋光性”,令光源朝着顺时针方向旋转。但是,若把工业合成的同一物质放在偏振光下,却不会引起任何变化。二者都是酒石酸,经检测,它们的各项化学性质也都一致,为什么偏偏在偏振光下表现得如此迥异?经过细心地观察,巴斯德发现,原来天然酒石酸晶体与人造晶体在形状上确有极其细微的差别,前者只有一种构型,而后者却由两种互为镜像的品体颗粒混合而成。
这其中一定包藏着不为人知的大秘密!于是,巴斯德耐着性子,用解剖针将人造酒石酸中的两种晶体一粒一粒地分离开来。完工之后,他将两拨晶粒的水溶液分别置于偏振光下,果如其所料:两拨样品中的一组能令光源顺时针旋转,另一组则正好相反。此时,若从两边各取等量颗粒溶入水中,旋光性立刻就消失了。就好像光在液体之中左转一圈、右转一圈,便又回到了原初的轨迹上来。巴斯德将该现象命名为“外消旋”,因此,人工合成的酒石酸又叫外消旋酸。而从葡萄自然发酵生成的酒石酸身上,却总能检测到同一种旋光性,故我们把它称为右旋(D-)酒石酸。这一奇特现象说明了什么呢?化学反应对分子式相同、形态互为镜像的两类分子并不厚此薄彼,所以在人工合成的酒石酸中,两种晶体正好一样多。可作为生命体的葡萄君似乎并不以“公平”为意,它们口味极端挑剔,故意打破平衡,将产物统统集中在镜子的某一面。至此,左与右的裂痕初露端倪。
多年以后,当巴斯德终于知晓了微生物的存在,便迫不及待地将其引入到左与右谜题,结果却带来了更大的困感。他发现,把细菌放入右旋(D-)酒石酸,它们可以自由自在地生息繁衍;但将同一种群放入左旋(L-)酒石酸,不久它们却因代谢受阻面全都活活饿死。难道说,葡萄酒所透露的并不仅仅是它自身的某种特质,而是整个生物圈莫不尊崇的普遍规律——大自然对左或右确实有所偏好?
一生一灭,这组惊人的对照在物理、化学、生物等各个领域同时掀起了实验狂潮。随着检测范围不断扩大,科学家终于不得不承认:这颗星球上几乎所有物种,大到哺乳动物、鱼类,鸟类,小到单细胞真菌以及连细胞核都不具备的细菌,对左与右皆是爱憎分明。具体来说,生命体不可或缺的氨基酸一律都是左旋(L-)型的,而糖类则都是右旋(D-)型的。又过了30年,当显微术更进一步把镜头探入晶体内部时,顺着以上线索,化学家不费吹灰之力便找到了造成旋光性的最根本原因——两种互为镜像的同分异构分子。
仍以酒石酸为例,左边部分即为天然的右旋产物,左右混合即是工业上的外消旋酸。若在二者之间搁一面镜子,它俩就像我们的左右手一样,每一点都一一对应,但就是无法在三维空间内相互重合。1883年,开尔文勋爵( Lord kelvin)在一次科学演讲中,率性地把分子的此类性质描述为“手性”,这一颇为传神的外号很快便在学术圈中流传了开来。
左与右,一镜相隔的竟是生命与非生命两个世界!但同时,我们从人工化合的角度却可以肯定,物理法则并不偏爱其中任何一方。笼罩在正反物质上空的疑云再一次滚压将下来:漫长的进化之路上,究竟是什么原因让镜子的一边掌握了绝对性优势?比较轻松的回答依旧可以说是偶然性在作崇。太古之初,游离的单细胞原本“左手”、“右手”各半,但在随机的涨落中,某一方在数量上出现了微弱的优势。以氨基酸为例,如果某片区域内搭建蛋白质的氨基酸全部是左旋构型,那么不幸降生于该区的右旋个体都将被环境自然淘汰。渐渐地,左旋氨基酸声势越来越浩大,而唯有适应此等口味,族群才能蓬勃发展。此时,不论原先残留的,抑或通过变异新生的右旋物种都极难再找到立锥之地。就这样,惨烈的生存竞争中,以右旋为食的物种一轮轮溃败、逃亡,地盘一再收缩,最终在这颗星球彻底销声匿迹。
不过,与正反物质之谜一样,该解释亦面临着同一个问题:既然左右之争中,胜利一方的优势完全源于偶然,那就意味着外太空中必定存在嗜好右旋氨基酸的生命体喽?限于目前的探测技术,人类还没有能力给出肯定或否定的证据。但有一点:与正反物质相遇所面临的灾难性后果不同,左与右完全可以相安无事地生活于同一片星空下。那么,自然为什么不设计一种“左右通吃”的生物呢?相对于口味单一的“右旋爱好者”或“左旋爱好者”来说,这种生物岂不更有生存优势?可进化终究没有走上这“第三条坦途”,难道设计之神是想通过生命的不对称结构,透露其非左即右的小小偏执一一如果自然并不像我们想象中的那么“公正”,那到底是哪一环节出现了偏颇?
作者简介
棽棽,云南昆明人。山东大学应用化学学士,复旦大学物理化学硕士。喜好神游四海,偶尔亦会逃离地球,却怎么也逃不开对宇宙设计的好奇。探索其间的乐趣,愿与你一同分享。
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