Далее Пастер просто отделил (он не пишет – чем, но наверное, пинцетом?) кристаллы с правой гемиэдрией от кристаллов с левой гемиэдрией и по отдельности растворил их. И сразу же увидел яркую картину поляризации: правые вращали плоскость света вправо, левые – влево. Смешав снова кристаллы и растворив, Пастер получил раствор, который называется нейтральным, то есть не вращавшим плоскость поляризации никуда. Явление стало ясным, открытие произошло. (Пастер, 1960, с 24). Пастер начал выступать с публичными повторениями опыта и современники действительно оценили открытие Пастера как незабываемое.
Итак, выяснилось, что паратартраты были смесью кристаллического вещества с двумя разновидностями гемиэдрии – правой и левой, а тартраты состояли из одной разновидности. И потому первые были оптически нейтральными, а вторые давали яркую картину поляризации. Первая смесь получила название рацемической смеси или рацемата, вторую, дающую поляризацию, Пастер и назвал диссимметрической, а явление – диссимметрией. Термин означал, что вещество обладает как бы двойной несимметричностью, усугубленной асимметрией. Мало того, что сами по себе фигурки кристаллов асимметричны: у них нет элементов симметрии, но еще и возможный зеркальный двойник пропал и они стали дис - симметричными, то есть дважды “неправильными”. Исчез зеркальный двойник, от чего асимметрия удвоилась.
Фактически с химической или физической точки зрения происходило чудо. Всего лишь один признак: отсутствие двойника с одной скошенной гранью при полностью идентичном строении и одинаковом химическом составе давал разные свойства. Иначе говоря, различие зависело не от чего-то твердо обозначенного – состава и строения, а от пространства самого по себе, от пространственного направления, чего-то в высшей степени как бы эфемерного.
Но чем больше Пастер экспериментировал с диссимметрией и чем глубже размышлял о ней, тем загадочнее явление для него становилось. И в конце жизни он считал именно диссимметрию самым важным из всех своих многочисленных открытий, а об их всемирной известности не стоит и упоминать. И тем не менее любимым и самым загадочным своим открытием он полагал диссимметрию и до конца жизни мысленно к ней возвращался. Почему?
В диссимметрии сходились сразу все как будто без исключения науки: и кристаллография, и химия, и оптика, и даже (неожиданно!) биология, поскольку кристаллы принадлежали к органическим соединениям, продуктам винограда. “Выявление физических и химических сходств и различий, обусловленных этими молекулярными структурами, представляет особый интерес и подводит прочную основу под молекулярную механику. Последняя позволяет нам установить связь, с одной стороны, между физическими и химическими свойствами и строением молекулы, которое обусловливает, в свою очередь наличие этих свойств, и с другой, позволяет нам подняться от свойств вещества к их первопричине”. (Гутина и др., 1990, с 27).
Это был как раз такой период в науке, когда устанавливали связь между строением веществ и их свойствами. Берцелиус открыл изомерию – явление различных свойств у веществ одного и того же химического состава; Дюма прибавил в этому концепцию молекулярной изомерии; в кристаллографии развивалось понятие об изоморфизме, то есть о явлении, когда разный химический состав, наоборот, дает одни и те же свойства в силу одинакового строения и гемиэдрии. (23). Диссимметрия Пастера знаменовала собой нечто совершенно новое в этой области связи свойств и пространственного строения. Вещества органического происхождения обладали одинаковым химическим составом и гемиэдрией, но к ним прибавлялось одно непонятное отличительное свойство – вращать плоскость поляризации, тогда как остальные, чисто химические, свойства у них были схожи. В то же время они не обладали изоморфизмом, то есть имея разное строение, обладали одним и тем же химическим составом.
Явление было открыто, было сделано множество химических работ, но смысл его оставался непонятен и прежде всего самому Пастеру. Неясно было назначение диссимметрии. Она не относилась к чисто кристаллическому строению, поскольку свойство вращать плоскость поляризации сохранялось в растворах, то есть на молекулярном уровне. В то же время не являлось следствием химического, то есть именно молекулярного состава, поскольку один и тот же химический состав, то есть одни и те же одинаково уложенные молекулы давали разные оптические свойства у веществ левого и правого своего строения. Приходилось надеяться на отыскание именно “первопричины”, как говорил Пастер. К таким первопричинам он отнес то свойство, о котором ранее не известно как о влияющем на качество: пространственное строение. В лекции, озаглавленной “Низшие организмы и строение материи” он попытался просто разделить все вещества на два основных класса по этому признаку: те, зеркальные изображения которых можно по своему построению совместить с самим собой и другие, зеркальные изображения которых совместить с оригиналом невозможно. (Пастер, 1960, с. 32). И оказалось, что он фактически провел в мире границу между живым и неживым, потому что к первым относятся разнообразные создающиеся человеком, то есть искусственные тела и существующие в природе минеральные соединения. А ко вторым – вот что самое важное, – относились вещества, играющие основную роль в биологических тканях: клетчатка, крахмал, камедь, сахара, винная кислота, хинная, таниновая кислоты, морфин. Масса разнообразных веществ, которые мы получаем как продукт живых существ, обладают диссимметрией.
Причем, есть множество веществ, которые образовались именно из диссимметрических, но утеряли ее, превратились в нейтральные. Синтезируя в лаборатории кислоты, он получал их только как нейтральные вещества. То есть, обнаруживалось новое явление: в природе существовало кардинальное разделение между живыми телами и продуктами их жизнедеятельности и неживыми веществами по этому признаку: быть диссимметричным или быть рацемичным. Оказалось, что вещество вообще может быть – по пространственному свойству – четырех различных видов: 1) левым, 2) правым, 3) смесью их в какой-либо пропорции и 4) ни правое, ни левое и не смесь. “Каким образом возникает диссимметрия? – спрашивал себя Пастер. – Почему возникает определенная диссимметрия, а не противоположная ей?”. (Пастер, 1960, с. 44). Вот одна из великих загадок.
Пастер обнаружил, что дрожжи, например питаются винной кислотой только правого типа, оставляя ту же кислоту левую без внимания. Он наливал в сосуд с дрожжами нейтральную винную кислоту и начиналось брожение. Потом оно прекращалось и оказывалось, что дрожжи переработали только правую кислоту, ее не было и следа, и оставалась целиком только левая, на которую дрожжевые грибки совершенно не обращали внимания. И бывшая нейтральная право-левая кислота начинает вращать плоскость поляризации влево. Он обнаружил также, что одно органическое вещество синтезируется организмами только в левом виде, например, кислоты, другое – только в правом, к последним относятся различные сахара. Причем и правые кислоты, и левый сахар ничуть не отличаются по своим лабораторным свойствам ни от своих естественно созданных антиподов, ни от их смеси. Зачем растениям и бактериям диссимметричный продукт? Нет никаких химических резонов, так сказать, для избирательности. И тем не менее растения или бактерии предпочитают только левые или только правые вещества, и никакие не их смеси. Они питаются одним изомером или только его и производят. Упорство в распознавании и употреблении или в синтезе диссимметрического вещества было стопроцентным, абсолютным. Дрожжи или бактерии никогда не ошибались.
Факт оставался фактом, но он вызывал у Пастера, как человека широко мыслящего, недоумение. Загадка состояла в том, что по идее диссимметрия существовать не может. Как может быть левое без правого, верх без низа? Все эти свойства существуют не сами по себе, а только в оппозиции. Случаются однорукие люди, но они воспринимаются как уроды, в рассуждении, что однорукость есть недостаток, неправильность и неполноценность, но нормой является наличие обеих рук. И в целом в природе действие должно иметь противодействие. Но вот для живых организмов нормой является диссимметрия, невозможное и даже по здравому суждению – невыносимое для природы в целом состояние. Нормальное состояние для всей природы рацемичность, равновесие левого и правого в одном месте.