لويس باستور - الرجل وأسطورة التكوين التلقائي الجزء الثاني

هذه المرة سنتعامل مع اكتشاف باستور الأول - علم البلورات

قام باستور بأول اكتشاف كبير له عندما كان طالب دكتوراه في الكيمياء، عندما كان منغمسًا في دراسة علم البلورات. ركز بحثه على تكوين مركبات مختلفة، وبدأ العمل مع حمض الطرطريك، الذي تم اكتشافه في شكل بلوري وبكميات كبيرة في الرواسب المتبقية في قاع صهاريج تخمير النبيذ. وبصرف النظر عن بلورات حمض الطرطريك، يمكن العثور على كميات أقل بكثير من بلورات أخرى داخل نفس الحاويات. كانت تلك البلورات مصنوعة من حمض شبه الطرطريك (أو "الراسيمي"). تم اكتشاف ودراسة الحمضين المختلفين قبل عدة سنوات من بدء أبحاث باستور، وتمكن العلماء الذين درسوهم من إثبات أن بلورات الأحماض كانت متطابقة مع بعضها البعض في كل النواحي الممكنة، باستثناء واحد. على الرغم من أنها تبدو متشابهة تحت عدسة المجهر، وكانت خواصها الكيميائية أيضًا هي نفسها، لكن عندما تم تمرير الضوء المستقطب عبر زجاجة تحتوي على حمض الطرطريك المخفف، تحول الضوء إلى اليمين. عندما تم تمرير الضوء المستقطب من خلال زجاجة تحتوي على حمض الباراتارتاريك المخفف، لم ينحرف الضوء

لقد حير هذا اللغز باستور. كيف يمكن أن تكون هناك بلورتان متطابقتان مع بعضهما البعض من جميع النواحي الممكنة، لكنهما تتفاعلان مع الضوء بشكل مختلف؟

وجاء اكتشاف باستور أخيرا من خلال المراقبة الدقيقة للبلورات المختلفة من خلال المجهر. على الرغم من أن البلورات تبدو متشابهة للوهلة الأولى، إلا أن نظرة فاحصة كشفت أن حمض الباراتارتاريك يتكون من نوعين مختلفين من البلورات، والتي تكون معكوسة في الاتجاه. على الرغم من أن كلاهما بدا متماثلًا، إلا أن أحدهما كان عكس الآخر، أو "صورة طبق الأصل". تسمى هذه البلورات بالبلورات اللولبية.

لشرح هذه الظاهرة بشكل أفضل، دعونا نلقي نظرة على راحتي اليدين. على الرغم من أنهما متطابقان مع بعضهما البعض في ماران، إلا أن اليد اليسرى ليست اليد اليمنى. بغض النظر عن الطريقة التي ننظر بها إلى اليدين، فستكونان دائمًا مختلفتين عن بعضهما البعض. نحن نشهد ظاهرة مماثلة في الطبيعة: العديد من الجزيئات يمكن أن تبدو متشابهة جدًا مع بعضها البعض، لكن الذرات التي تتكون منها هذه الجزيئات تواجه اتجاهات مختلفة - واحدة إلى اليسار والأخرى إلى اليمين. تتفاعل هذه الجزيئات مع الضوء بطريقة مختلفة ويمكنها أن تنحرف - واحدة إلى اليسار، والآخر إلى اليمين. يُطلق على مثل هذا الزوج من الجزيئات اسم "كيرالي"، من كلمة "يد" في اليونانية.

عندما يكون لدينا محلول يتكون فقط من جزيئات كيرالية من نوع واحد، مثل حمض الطرطريك، فإن الضوء المستقطب الذي نمر عبره سينحرف إلى اليمين. لكن ماذا سيحدث عندما يكون لدينا محلول يتكون من عدد متساو من الجزيئات اللامركزية من النوع الأول، وعدد متساو من الجزيئات اللامركزية من النوع الثاني؟ في هذه الحالة، نصف الجزيئات سوف يحرف الضوء إلى اليمين، والنصف الآخر سوف يحرف الضوء إلى اليسار. الانحرافان يلغي أحدهما الآخر، وفي النهاية الضوء المار في المحلول لن يغير مساره على الإطلاق!

استطاع باستور أن يفرق بين نوعي البلورات اللولبية تحت عدسة المجهر، وأدرك أن حمض الباراتارتاريك يتكون من خليط بنسب متساوية من البلورات المختلفة، وبالتالي فهو لا يستقطب الضوء. ومن أجل إثبات النظرية، أجرى باستير عملية عمل النمل. قام بتفريق بلورات حمض باراتارتاريك تحت عدسة المجهر وبمساعدة إبرة حادة عمل على فصل البلورات اللولبية "اليمنى" عن "اليسار". عندما انتهى، كان لديه كومتين من البلورات في يديه. وقام بإذابة كل واحد منهم في زجاجة مختلفة، مما أثبت أنه يمكن فصل حمض الباراتارتاريك إلى بلورات تستقطب الضوء إلى اليمين وبلورات تستقطب الضوء إلى اليسار. إن اكتشافًا بهذا الحجم يتطلب دليلًا قويًا بشكل خاص، وقرر باستير دعوة جاك بيوت، الخبير الفرنسي في الضوء المستقطب، وتكرار التجربة أمام عينيه. تابع بيوت جميع مراحل التجربة وأذهل بالنتيجة المفاجئة. بعد نشر المقال الذي يصف نتائج التجربة، أشاد بيوت بالمقالة وأعرب عن دعمه لباستور. أدرك المجتمع الكيميائي في فرنسا على الفور أهمية هذا الاكتشاف وأصبح باستور ثاني أكثر العلماء شهرة في فرنسا، في سن السادسة والعشرين. ولاكتشافه علم الكيمياء المجسمة، حصل على وسام فارس من وسام جوقة الشرف الفرنسي. وحتى الجمعية الملكية البريطانية منحته وسام كوبلي المرموق.

على الرغم من أن هذا الاكتشاف قد لا يثير إعجابنا اليوم، إلا أنه كان في زمن باستير بمثابة اختراق مفاهيمي لعلم الكيمياء. نحن نعلم اليوم أن معظم الجزيئات البيولوجية تكون كيرالية، وفي بعض الحالات يمكن لزوج من الجزيئات التي تبدو متطابقة أن يكون لها تأثير مختلف تمامًا على جسم الإنسان بسبب عدم انطباقها. مثال على ذلك هو جزيء الأسبارتام، المعروف باسم المُحلي الاصطناعي، ولكن طعم شريكه اللولبي مر.

والمثال الأكثر مأساوية هو عقار الثاليدومايد، الذي تم بيعه في أوروبا في منتصف القرن العشرين كدواء مضاد للغثيان. يتكون الثاليدوميد من جزيئين حلزونيين، أحدهما يمنع غثيان الصباح - وهي ظاهرة شائعة في الأشهر الأولى من الحمل. تناولت العديد من النساء الدواء، دون أن يدركن الشريك اللولبي لهذا الجزيء وتأثيره. يتسبب الشريك الحلزوني للثاليدومايد في حدوث عيوب في نمو الجنين وولادة أطفال بأطراف مفقودة، أو بدون أطراف على الإطلاق. على الرغم من أن زجاجة الدواء تحتوي فقط على جزيئات الثاليدومايد ذات التناظر الصحيح، إلا أن جسم الإنسان قادر على عكس اتجاه جزيئات الثاليدومايد، وبالتالي تكوين الشريك التناظري، مما يضر بالجنين. تأثر أكثر من 20 ألف شخص بالثاليدومايد، قبل أن يتمكن الباحثون من فك العلاقة بين الدواء وتكاثر الأجنة بأطراف مشوهة وقصيرة ومفقودة [أ].

من الجزيئات اللولبية... إلى العالم أجمع!

واستنادا إلى الشعبية الهائلة التي اكتسبها في فرنسا، كان بإمكان باستور أن يختار الجامعة التي سيواصل فيها بحثه. قرر قبول منصب أستاذ الكيمياء في جامعة ستراسبورغ، حيث واصل دراسة عدم انطباق البلورات. واكتشف أن المواد غير العضوية، أي التي لا تنشأ من كائنات حية، ليست أيضًا غير حلزونية. هذه المواد عبارة عن خليط متطابق من نوعي الجزيئات اللولبية، وبالتالي لا تعمل على انحراف الضوء المستقطب. وفي المقابل، فإن المواد العضوية - وخاصة الأحماض الأمينية، التي تشكل اللبنات الأساسية لجميع البروتينات - تظهر في نسخة واحدة فقط من الكائنات الحية، وبالتالي تعمل على انحراف الضوء المستقطب. وعندما حاول باستير إثبات فرضيته، طرق الحظ بابه. اكتشف حاوية بها حمض باراتارتاريك ينمو عليها العفن. عندما اختبر باستير نفس الحمض، اكتشف لدهشته أنه يحتوي على نسخة واحدة فقط من البلورات اللولبية، بدلاً من النسختين اللتين يجب أن تكونا موجودتين في حمض الباراتارتاريك. وفي تجارب أخرى، أدرك باستور أن القالب يتكون من كائنات حية تتغذى على النسخة الحلزونية "اليسرى" من البلورات، وتنتج منها بلورات حلزونية "يمنى".

وبين الاكتشافات، اكتشف باستور أيضًا ابنة رئيس جامعة ستراسبورغ ماري لوران. بعد عدة أسابيع من الخطوبة المحمومة، استسلمت ماري للعالم الشاب ذو الشخصية الجذابة والمتواضعة وتزوجا في وقت قصير. من بين جميع اكتشافاته، يقول البعض أن ماري لوران كانت الأكثر أهمية في وقت لاحق من حياته. كانت رفيقته وساعدته ضده، وفي كثير من الأحيان كانا يقضيان الأمسيات معًا، حيث كان يملي عليها الرسائل وبروتوكولات العمل. وحتى عندما أصيب باستير بجلطة دماغية عن عمر يناهز 45 عامًا، والتي تركت ساقه وذراعه اليسرى مشلولة لبقية حياته، استمرت ماري في دعمه في كل شيء، وبمساعدتها تعافى وعاد إلى البحث النشط. كان لدى ماري ولويس باستور خمسة أطفال، لكن اثنين منهم فقط وصلا إلى مرحلة البلوغ - وهي حقيقة ليست مفاجئة بالنظر إلى الظروف الصحية والطبية في ذلك الوقت.

مباشرة بعد زواجه، عاد باستور إلى دراسة البلورات اللامركزية. لقد سعى جاهداً لإيجاد العلاقة بين عدم التناظر - حقيقة أن الحياة العضوية تعتمد على جزيئات مراوانية فقط - والقوى الأخرى الموجودة في العالم. وكما يمكن أن نقرأ في كتابات باستير:

"الكون كله غير متماثل. أميل إلى الاعتقاد بأن الحياة، كما نعرفها، هي نتاج عدم تناسق الكون والنتائج التي تتدفق منه. الكون نفسه غير متماثل... حتى حركة ضوء الشمس غير متماثلة... مغناطيسية الأرض، التباين الموجود بين القطبين الجنوبي والشمالي للمغناطيس وبين الكهرباء السالبة والموجبة - كل هذه مجرد نتائج من الأفعال والحركات غير المتماثلة... يتم التحكم في الحياة من خلال عمليات غير متماثلة. أستطيع حتى أن أتخيل أن جميع الكائنات الحية هي في الأساس نتيجة لعدم التماثل الكوني. [ب]

بدأ باستير في التخطيط لتجارب من شأنها أن تظهر كيف يؤثر المجال المغناطيسي المعاكس للمجال المغناطيسي للأرض على النباتات، أو كيف يؤثر ضوء الشمس على النبات عندما يشرق في الغرب ويغرب في الشرق. وتوسل إليه أصدقاؤه ألا يضيع وقته في أبحاث لا طائل منها، ولكن باستور كان يؤمن من كل قلبه بصحة أفكاره. وكتبت زوجته إلى والد باستير في ذلك الوقت قائلة: "إن لويس يخصص الكثير من الوقت والتفكير في تجاربه، ولكن إذا نجحت فسوف يعطوننا نيوتن أو جاليليو جديدين". [ج]

وعلى الرغم من اعتقاده، لم يتمكن باستور من إثبات أفكاره القائلة بأن عدم تناسق الكون يتم التعبير عنه في عدم تناسق المادة الحية. وطوال بقية حياته ظل متمسكًا بالفكرة ونشرها، لكنه لم يتمكن أبدًا من اكتشاف دليل قوي على حقيقتها. كان باستور، مثل أينشتاين، رجلاً لامعًا. ولكن، مثل أينشتاين، قد يكون أيضًا مخطئًا ويؤمن بالنظريات التي فشلت في النجاة من سكين الجراح الحادة للعلم.

وفي بقية المقال سنستعرض التجارب التي تعرف فيها لويس باستور لأول مرة على البكتيريا والفطريات، وكيف استخدم المعرفة التي اكتسبها لصياغة رأيه حول التكوين العفوي وجعل فرنسا قوة نبيذ في أوروبا.

الجزء الأول من المقال
الجزء الثالث من المقال
الجزء د من المقال