路邊野花不採白不採

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轉載:巴斯德(1):旋光的酒石酸

(2016-03-09 12:41:00) 下一個

向大家介紹這一係列文章。雖然算是科普讀物,但讓我讀的津津有味。每次讀罷一篇,就期待著見到下一篇。我想各位也會從中讀有所得的。

僅此向人類社會發展史上的偉大先驅者們致敬!沒有他們,無法想象我們的今天會是什麽樣子。



作者:苦丁山

我們現在覺得細菌能讓人生病似乎是路人皆知的大道理。但是即使在歐洲,在“西醫”(就是現代醫學)的發源地,一直到19世紀中葉,醫學界主流看法仍然是說疾病是一些看不見摸不著的因素導致的,比如瘴氣,或是“自然發生論”,就是說某些小生命可以從無形中產生,比如虱子可以從塵土裏變出來,或是蛆蟲可以從腐肉裏變出來。這些學說跟我們中華老祖先的“風邪熱毒”致病或是“腐草生螢”差不多,雖然“聽起來很有道理”,但沒能真正指出疾病的起源。

證明導致人體諸多疾病的元凶是細菌,並且導致一套完整的細菌致病學說產生的,說起來很逗,不是一位醫生,而是一位化學家。

這個化學家的名字叫巴斯德。路易·巴斯德。

喜歡寫勵誌文學的同學應該好好注意巴斯德的故事。理由如下:巴斯德出身貧寒,早期學業平平,可是他後來的成績,如果勻給六個人分著用,這六個人全都可以成為本行大牛,華羅庚那樣的。

先說出身吧。巴斯德的老爸是個硝皮匠,就是用藥物把動物皮革給弄軟了,好讓鞋匠做成皮鞋(那時候沒有驢包)。這行業不說是社會最底層,至少得說是最低層之一吧。老爺子有五個孩子,隻有巴斯德是男孩。老爺子深深懂得書中自有黃金屋的道理,於是使勁賺錢,在巴斯德9歲那年把他送進了小學(那時女孩不能念書)。

可惜幼年的巴斯德表現沒怎麽讓老爺子舒心。雖然人不調皮,可是看著有點偏傻。巴斯德小學成績隻能算中不溜,而且似乎比較熱衷於繪畫,而不是研究什麽大學問。他另外還有一個興趣就是釣魚,不過那更不讓老爺子覺得有啥遠大前途。

雖然老爺子不讚成巴斯德的繪畫愛好,如今巴黎的巴斯德博物館裏還是收藏了幾幅巴斯德給親友畫的肖像畫。客觀地說,巴斯德的繪畫水平其實當真不賴。假如他真的走上藝術道路,或許也能成為一個“知名畫家”。

不過,從他後來的業績看,我們應該慶幸他沒有去當畫家。他如果當了畫家,就算他能技壓畢加索,也就是讓高端美學愛好者們賞心悅目一番。可是他當了化學家,他的研究成果卻是使千百萬人可以安享天年而不是死於傳染病。

老爺子不讚成巴斯德學畫,而是鼓勵追求高等教育。不過巴斯德在這方麵的早期經曆也不是特別閃光。16歲離開家鄉到巴黎求學,呆了兩個月就因為想家而棄學業回家。第二年咬牙重返巴黎,這回花兩年拿到一個文科中專文憑。但是接下來他想拿一個理科中專文憑,考試卻是不及格。換了個學校複讀一年,勉強拿到這個中專文憑,其中化學成績相當難看。

或許因為老爺子的鼓勵支持,他接著去報考巴黎高等師範學院,結果沒能錄取。巴斯德矢誌不移,第二年重考,終於入學,兩年之後拿到一個大學文憑。

畢業之後他在法國阿爾代什省的一個中專學校找到一個物理學老師的工作。這讓老爺子很高興,覺得兒子終於成才了。

老爺子沒想到他兒子這時候還根本沒有開始發功,而且,他這個兒子後來的業績,跟物理學沒多大關係,跟教書更沒啥關係。巴斯德後來一個不小心,就在一個完全不同的領域成為了大牛。

事情的轉機十分蹊蹺。各家說書人都沒有給出原因,但不管怎樣,後來發生的就是,巴黎高級師範學院的安東尼·巴拉德教授親自邀請巴斯德回到巴黎高等師範學院,而且是請他做化學研究助理!

巴斯德成名之後曾經很謙虛地說他從來不覺得自己有什麽天賦,如果能有什麽成績,大概主要是因為自己是個工作狂。

如果他成名之後還這麽謙虛,那麽他接到巴拉德的邀請的時候,心裏肯定是在嘀咕:你知不知道我化學成績很爛啊?!

當然,就像愛因斯坦小學數學成績差不說明他智商低一樣,巴斯德讀中專的時候化學成績爛也不能做判斷他化學天賦的根據。巴拉德是溴元素的發現者之一,作為化學大牛,別人是不是有化學方麵的潛質,他應該是有識別能力的。或許巴斯德在中專水平的成績不好,正是因為他化學方麵悟性太高,思考能力早已走到某個高端境界,所以在大眾水平的學習模式裏找不到感覺呢?巴拉德招攬巴斯德,或許就是因為他在巴斯德身上看到了這種悟性?

澄清一下。巴拉德跟巴斯德不是親戚,所以他絕對沒有任人唯親的嫌疑。這倆名字相似,隻是因為中文音素不夠用,兩人名字的原文是八杆子打不著的,一個是Pasteur,一個是Balard。

可能因為對自己的化學資質不是太有把握,巴斯德沒有全盤接受巴拉德的邀請,而是以兼職的方式,一邊在那個中專教物理,一邊跟巴拉德教授做化學研究。

這也算歪打正著吧。說不定就是因為他同時從物理和化學兩個角度入手研究,於是很快做出一個重要發現,就是酒石酸的分子特性跟它的立體結構有關。

怎麽講?

是這樣。酒石酸是一種晶體,光線能夠過這種晶體。透過就透過吧。這個不稀奇。玻璃也能透光。但是酒石酸有個有意思的地方:它能讓光線穿過去的時候會發生偏轉,就好象子彈穿過槍膛的時候會旋轉一樣。當然,必須是用偏振光來穿透,才能觀察到這種旋轉。

這個特性叫做旋光性。

這種現象很奇妙,剛剛參加工作的巴斯德想深入研究它。這就需要用到很多酒石酸。酒石酸在很多植物裏都有,不過巴斯德既然在化學實驗室做事,就想用更簡單的方法:自己合成酒石酸。

這個不難做到。但是接下來發生的事就很奇怪:化學合成的酒石酸,雖然用試劑去檢測,化學性狀跟植物裏的酒石酸完全相同,卻不再有旋光性。

好在那時顯微鏡已經很普及,放大倍數也夠高。巴斯德在顯微鏡下觀察之後,找到了原因。

原因在於酒石酸的分子不僅講究成分,還要講究造型。就是說,酒石酸的分子分成兩個亞種,這兩種亞種,分子的成分相同,都是C4H6O,但是這些碳、氫、氧的架子怎麽搭建,卻不完全一樣。一個是朝左歪著脖子,一個是朝右歪著脖子。就像一副手套,雖然“構成要素一樣”,都是一個手掌五個手指頭,但是因為拇指偏向不同的方向,就有了左右之分。

就是因為這種立體結構的區別,使光線穿過這種分子的時候會發生偏轉。朝左歪脖子的能讓光線逆時針旋轉,叫做左旋酒石酸。朝右歪脖子的讓光線順時針旋轉,叫做右旋酒石酸。

那麽為什麽植物裏的酒石酸能讓光線旋轉,化學合成的卻不能?

很多人說純天然的是最平衡的。但是這裏我們看到一個例外。天然存在的酒石酸,其實很不平衡,裏麵絕大多數是右旋酒石酸,所以從植物裏取得的酒石酸就有旋光性。而人工合成的酒石酸,卻是左旋和右旋的酒石酸一樣多,結果兩者的旋光效果互相抵消,就失去了旋光性。

旋光現象,其實之前就有人觀察到了。不過當時是注意到這種現象,但是不知道具體的原因。巴斯德的貢獻在於他能用分子結構的“手性”(就像一副手套分左右那樣的特性)來解釋旋光性。巴斯德的這個發現,在化學史上可以說是一個裏程碑。那以後大家對同分異構現象的意義就重視起來。所謂同分異構就是說,研究物質的分子,光知道這個分子由哪些原子組成是不夠的,你還需要知道這種原子以什麽樣的三維立體結構勾搭在一起。同樣的原子,不同的搭建方式,產生的性狀可以是天壤之別。比如蛋白質的結構就是這樣。隻有正確的氨基酸還不能算蛋白質,因為它們還沒有需要的化學活性。必須等這些氨基酸鏈條折疊成某種特定形狀了,才能成為有生物功能的蛋白質。

這個研究成果極大拓寬了未來化學研究的領域。巴斯德即使後來沒有再做出什麽發現,單單是這個成績就已經足可以讓他在科學界名垂青史。

不過巴斯德現在還沒亮出看家本事。這個旋光性的發現,隻能算他後來業績的前奏曲。後來他還幹了些什麽,咱下回說吧。

順便說一下,巴斯德這個分子旋光特性的研究成果,不僅為正經的科學研究打開一扇大門,也無意中為我國的忽悠營養大師們提供了一個商機,激發了他們的想象力,產生了諸如左旋肉堿或是左旋咖啡之類的炫酷減肥秘方,讓商人們借助販賣垃圾產品很賺了一些小錢。
 

轉載自《新語絲月刊》2015年8月號

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閱讀 ()評論 (3)
評論
苦丁山 回複 悄悄話 回複 '路邊野花不採白不採' 的評論 : 這不算啥的。我自己原文都經常有錯漏,有時候好幾個月了才發現。你轉載是替我推廣,我應該感謝你才對 :-)
路邊野花不採白不採 回複 悄悄話 回複 '苦丁山' 的評論 : 謝謝你的好文章。你指正的地方已經改過來了。怪我粗心,抱歉!
苦丁山 回複 悄悄話 朋友告知您轉載我的文章。來看看果如是。很高興。不過這麽回頭一看發現有個漏字。第一段的這句話:“但是即使在歐洲,在“西”(就是現代醫學)的發源地”,那個“西”應該是“西醫”兩個字。可能您拷貝的時候趕上換行,掉了一個字?不管怎樣,謝謝轉載,也謝謝這麽肯定的引言 :-)
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