Louis PasteurKì 1: Dùng đôi mắt họa sĩ phát hiện bí mật động trời về sự sống
Lịch sử khoa học đôi khi được viết nên từ những khoảnh khắc lặng lẽ nhất. Trước khi trở thành một tượng đài y học vĩ đại, trước khi tên tuổi của mình biến thành một danh từ chung để chỉ sự tiệt trùng trên toàn thế giới, Louis Pasteur đã từng là một cậu thiếu niên say mê những gam màu và đường nét.
Cuộc đời ông hiện lên như một bản anh hùng ca về sức mạnh của sự quan sát tỉ mỉ, lòng kiên nhẫn vô hạn và một tình yêu chân thành dành cho sự sống. Chúng ta hãy cùng lật lại những trang đầu tiên trong biên niên sử về người đàn ông đã vén bức màn bí ẩn của thế giới vi mô, bắt đầu từ một thị trấn nhỏ yên bình ở miền đông nước Pháp.
Cậu học trò Louis Pasteur và những nét vẽ đầu đời
Hãy tưởng tượng về thị trấn Arbois vắt mình qua dòng sông Cuisance hiền hòa vào những năm 1830. Nơi đó, trong mùi da thuộc hăng hắc ngấm vào từng viên gạch của một căn nhà nhỏ, có một người đàn ông mang tên Jean-Joseph Pasteur ngày ngày cần mẫn làm việc. Ông là một cựu binh từng theo chân hoàng đế Napoleon chinh chiến khắp châu Âu, mang trên ngực huân chương Bội tinh cùng một niềm tin tuyệt đối vào tính kỉ luật quân đội.
Sau những năm tháng khói lửa ngoài sa trường, Jean-Joseph trở về với nghề thuộc da mộc mạc, nhẫn nại trải qua từng công đoạn phức tạp để biến những tấm da thô ráp thành sản phẩm tinh xảo. Ngọn lửa khát khao tri thức trong lòng người cựu binh ấy chưa bao giờ tắt, dẫu cuộc sống mưu sinh đầy nhọc nhằn. Ông dành trọn tình yêu thương và truyền lại ngọn lửa khao khát học hỏi ấy cho cậu con trai duy nhất của mình, Louis Pasteur.
Louis lớn lên trong sự nghiêm khắc đậm chất lính của cha và tình yêu thương dịu dàng, bao dung của mẹ. Khác với những vĩ nhân bộc lộ thiên tài sáng chói từ trong nôi, cậu bé Louis thuở nhỏ được miêu tả là một học sinh có sức học hết sức bình thường. Cậu chậm rãi, cẩn trọng và thường chìm đắm trong thế giới tĩnh lặng của riêng mình. Sự tĩnh lặng ấy thực chất là một khoảng không gian vô giá để cậu mài giũa một thứ vũ khí vô hình nhưng vô cùng đáng sợ: khả năng quan sát bằng thị giác.
Trước khi cầm lên chiếc ống nghiệm hóa học hay dán mắt vào ống kính hiển vi, bàn tay của Louis Pasteur đã thân thuộc với những thỏi than củi và phấn màu pastel. Khoảng từ năm 13 đến 18 tuổi, cậu thiếu niên say mê bộ môn vẽ chân dung. Cậu vẽ mẹ mình với ánh mắt đôn hậu và chiếc rế đội đầu truyền thống, vẽ những người hàng xóm, vẽ những vị chức sắc trong thị trấn Arbois. Có thể thấy rằng những bức tranh của Pasteur hoàn toàn vắng bóng sự mộng mơ bay bổng hay những nét chấm phá lãng mạn. Chúng là sự phản ánh một cách trung thực, chính xác đến từng nếp nhăn, từng ánh nhìn và góc cạnh của khuôn mặt người mẫu.
Sự tỉ mỉ trong từng đường cọ, khả năng nắm bắt sự thay đổi tinh tế của ánh sáng, sự nhạy cảm với hình khối trong không gian ba chiều đã vô tình trở thành bài tập nền tảng hoàn hảo cho một nhà khoa học thực nghiệm tương lai. Cậu học trò xứ Arbois đã rèn luyện đôi mắt nhìn thấu sự thật thông qua nghệ thuật, để rồi sau này dùng chính đôi mắt tinh tường ấy nhìn xuyên thấu những cấu trúc phân tử vô hình. Việc chuyển dịch từ nghệ thuật thị giác sang tư duy không gian trong hóa học diễn ra một cách tự nhiên trong tâm trí ông.
Nhưng sức hút của màu sắc dần phải nhường chỗ cho sự quyến rũ mãnh liệt của thế giới tự nhiên. Dưới sự động viên của cha và người thầy hiệu trưởng tâm huyết ở trường trung học, ngọn lửa đam mê học thuật trong Louis bùng cháy rực rỡ. Cậu quyết tâm rời xa vòng tay gia đình êm ấm, hướng về thủ đô Paris hoa lệ với mục tiêu cao nhất: thi đỗ vào ngôi trường danh giá Trường Sư phạm Cấp cao (École Normale Supérieure).
Cuộc chia ly đầu tiên vào tháng 10 năm 1838 là một thử thách nghiệt ngã đối với tâm hồn nhạy cảm của cậu thiếu niên 16 tuổi. Mắc kẹt giữa nhịp sống ồn ào vội vã của Paris, Louis bị nhấn chìm trong nỗi nhớ nhà da diết. Cậu bỏ ăn, suy sụp tinh thần hoàn toàn. Thậm chí, người cha Jean-Joseph đã phải bỏ lại xưởng da, thân chinh lên thủ đô và lặng lẽ nói với con trai ở một quán trọ nhỏ rằng ông sẽ đưa cậu về nhà. Sự gục ngã đầu đời ấy không thể dập tắt ý chí của Pasteur, nó nung nấu trong cậu một quyết tâm sắt đá hơn, mạnh mẽ hơn. Bốn năm sau, cậu trở lại Paris. Lần này, sự trưởng thành và khát vọng tri thức đã vĩnh viễn đánh bại nỗi sợ hãi.
Sự gục ngã đầu đời ấy không thể dập tắt ý chí của Pasteur, nó nung nấu trong chàng một quyết tâm sắt đá hơn, mạnh mẽ hơn
Sử gia Vallery-Radot
Những bức thư trao đổi giữa hai cha con trong suốt những năm tháng tuổi trẻ này là một pho tư liệu vô cùng cảm động, vẽ nên chân dung chân thực của một gia đình nông thôn nghèo nhưng dồi dào lòng tự trọng. Jean-Joseph thường viết thư bằng những nét chữ cẩn thận, dặn dò con trai phải giữ gìn sức khỏe, tránh làm việc đến kiệt sức, khuyên răn con về lòng trung thực, sự khiêm tốn trước biển kiến thức mênh mông.
Đáp lại, Louis luôn báo cáo chi tiết từng tiến bộ nhỏ trong học tập, thể hiện sự quyết tâm đền đáp công ơn sinh thành. Chàng sinh viên trẻ tuổi giam mình trong thư viện trường Sư phạm, thường xuyên có mặt ở những vị trí sát bục giảng nhất trong các buổi diễn thuyết của nhà hóa học lừng danh Jean-Baptiste Dumas. Lời giảng của Dumas về những nguyên tố, về cấu tạo vật chất đã hớp hồn Pasteur, khiến cậu bước ra khỏi giảng đường đại học Sorbonne với trái tim đập rộn ràng và đôi mắt sáng rực những ý tưởng.
Paris vào giữa thế kỉ XIX là trung tâm của ánh sáng tri thức, nơi vô vàn luồng tư tưởng khoa học mới đang va đập mãnh liệt. Ngành hóa học đang vươn mình trỗi dậy, liên tục khám phá ra những nguyên tố mới và tìm cách giải mã cấu trúc sâu kín của vạn vật. Giữa môi trường học thuật sôi động rực rỡ ấy, Louis Pasteur, với đôi mắt của một họa sĩ và khối óc của một triết gia, đã âm thầm chọn cho mình một lối đi đầy tĩnh lặng. Cậu hướng sự tập trung cao độ của mình vào một góc nhỏ bé, tưởng chừng như vô hồn và ít ai để tâm tới là những khối tinh thể lấp lánh ẩn chứa hình hài hình học kì diệu của tự nhiên. Khởi nguồn cho một trong những sự nghiệp khoa học vĩ đại nhất nhân loại đã bắt đầu thành hình từ những hạt tinh thể muối bé nhỏ nằm yên trên mặt kính hiển vi.
Bí ẩn axit tartaric và khoảnh khắc nhìn ra cấu trúc không gian
Vào những năm 40 của thế kỉ XIX, giới khoa học châu Âu đối mặt với một bài toán hóc búa mang tên axit tartaric. Đây là một chất cặn lắng xuống trong các thùng ủ rượu vang, được những nhà sản xuất rượu biết đến từ lâu. Câu chuyện trở nên phức tạp khi một nhà hóa học danh tiếng người Đức là Eilhard Mitscherlich trình bày trước Viện Hàn lâm Khoa học Pháp một nghịch lí không thể lí giải. Mitscherlich phát hiện ra rằng có hai loại axit là axit tartaric thông thường và axit paratartaric (còn gọi là axit racemic).
Qua mọi phép thử hóa học đương thời, hai loại axit này giống hệt nhau về thành phần nguyên tố, tỉ lệ nguyên tử và trọng lượng. Chúng kết tinh với cùng một lượng nước, hình dáng tinh thể thoạt nhìn hoàn toàn tương đồng. Thế nhưng, khi chiếu một chùm ánh sáng phân cực đi qua dung dịch của chúng, một hiện tượng kì lạ xảy ra: Axit tartaric làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực sang bên phải, trong khi axit paratartaric lại hoàn toàn trơ, ánh sáng đi qua mà không bị lệch đi chút nào.
Làm thế nào hai vật chất có cấu tạo nội tại giống hệt nhau lại phản ứng khác biệt với ánh sáng? Sự bế tắc bao trùm các phòng thí nghiệm hàng đầu. Ngay cả những bộ óc vĩ đại nhất thời bấy giờ cũng đành chấp nhận nghịch lí này như một giới hạn của tri thức nhân loại.
Chính vào thời điểm đó, Louis Pasteur, một chàng thanh niên 25 tuổi vừa mới hoàn thành luận án tiến sĩ, đã bước vào cuộc đua với một góc nhìn hoàn toàn khác biệt. Khác với những nhà hóa học thuần túy chỉ tập trung vào các công thức phản ứng và bảng thành phần trên giấy, Pasteur mang theo nhãn quan của một nhà tinh thể học và đôi mắt của một người từng say mê hội họa. Chàng không tin vào sự giống nhau tuyệt đối bề ngoài mà tin rằng bí mật ẩn giấu trong hình khối không gian, trong cách các nguyên tử sắp xếp và vươn mình trong không gian ba chiều.
Mùa xuân năm 1848, trong căn phòng thí nghiệm chật hẹp, thiếu thốn ánh sáng tại Trường Sư phạm Cấp cao, Pasteur bắt tay vào việc tinh chế các muối của axit paratartaric. Thay vì vội vã đưa chúng vào các ống nghiệm để phản ứng với hóa chất khác, chàng từ tốn đặt những hạt tinh thể nhỏ li ti lên mặt kính. Với một chiếc kính hiển vi thô sơ, một cây kim và một chiếc nhíp mỏng, chàng thanh niên 25 tuổi giam mình trong sự tĩnh lặng tuyệt đối.
Pasteur nín thở, thận trọng xoay từng hạt tinh thể dưới ống kính. Và rồi, đôi mắt từng vẽ nên những bức chân dung sắc sảo tại Arbois đã nhận ra một chi tiết mà tất cả các nhà khoa học trước đó đều bỏ sót. Trên các cạnh của những khối tinh thể muối paratartaric, có những mặt vát vô cùng nhỏ bé. Đáng kinh ngạc hơn, những mặt vát này không hề đối xứng trục. Phân nửa số tinh thể có mặt vát nghiêng sang phải, nửa còn lại có mặt vát nghiêng sang trái. Chúng giống hệt nhau về mọi mặt, trừ một điểm: Chúng là hình ảnh phản chiếu của nhau qua một tấm gương, y hệt như bàn tay phải và bàn tay trái của con người. Không thể xếp chồng bàn tay trái lên bàn tay phải cho khớp nhau và những tinh thể này cũng tuân theo quy luật kì diệu đó.
Với sự kiên nhẫn tột độ, Pasteur dùng nhíp gắp và phân loại từng hạt tinh thể cực nhỏ, chia chúng thành hai nhóm riêng biệt: nhóm nghiêng phải và nhóm nghiêng trái. Công việc đòi hỏi sự tập trung đến mức vắt kiệt sức lực, kéo dài hàng giờ đồng hồ. Sau khi đã chia tách xong, chàng hòa tan riêng rẽ từng nhóm tinh thể vào nước, rồi lần lượt đưa từng dung dịch vào máy phân cực kế.
Khi ánh sáng đi qua dung dịch chứa những tinh thể vát phải, mặt phẳng ánh sáng quay sang phải. Khi ánh sáng đi qua dung dịch chứa những tinh thể vát trái, mặt phẳng ánh sáng quay sang trái với một góc hoàn toàn tương đương.
Đó là một khoảnh khắc vỡ òa của chân lí. Bí ẩn đã được giải mã: axit paratartaric không phản ứng với ánh sáng phân cực đơn giản vì nó là một hỗn hợp gồm hai lượng bằng nhau của tinh thể thuận tay phải và tinh thể thuận tay trái. Tác động triệt tiêu lẫn nhau của chúng tạo ra sự cân bằng tĩnh lặng.
Tim đập thình thịch trong lồng ngực, mồ hôi ướt đẫm trán, Pasteur không thể kìm nén được cảm xúc mãnh liệt đang cuộn trào. Chàng lao ra khỏi phòng thí nghiệm, chạy dọc theo hành lang với bước chân vội vã. Ngay khi vấp phải nhà vật lí học Antoine Balard (người thầy và cũng là người đã luôn âm thầm ủng hộ Pasteur), Pasteur đã chồm tới, ôm chầm lấy vị giáo sư già và reo lên bằng tất cả sự xúc động của tuổi trẻ: "Con đã tìm ra nó! Con đã tìm ra nó rồi!". Sự phấn khích lớn đến mức chàng lôi vị giáo sư ra tận Vườn Luxembourg gần đó để say sưa giải thích về phát hiện của mình, bỏ quên cả bữa ăn trưa.
Khám phá ở tuổi 25 của Louis Pasteur đã mở toang cánh cửa cho một nhánh khoa học hoàn toàn mới: Hóa học lập thể, ngành khoa học nghiên cứu sự phân bố của các nguyên tử trong không gian. Nó chứng minh rằng công thức hóa học là chưa đủ, cấu trúc không gian mới là chìa khóa quyết định tính chất của vật chất. Sự kiện này mang ý nghĩa to lớn, đánh dấu lần đầu tiên con người hiểu được khái niệm bất đối xứng phân tử.
Quan trọng hơn, phát kiến về tinh thể đã gieo vào tâm trí Pasteur một hạt mầm tư tưởng triết học sâu sắc, định hình toàn bộ con đường sự nghiệp sau này. Chàng nhận thấy một quy luật vĩ đại của tự nhiên là axit tartaric sinh ra từ quá trình lên men tự nhiên của nho luôn luôn là loại tinh thể bất đối xứng (quay phải). Trong khi đó, các sản phẩm được tổng hợp nhân tạo trong phòng thí nghiệm bằng các phương pháp hóa học vô cơ lại luôn tạo ra hỗn hợp đối xứng triệt tiêu nhau. Từ đó, chàng đi đến một kết luận đi trước thời đại, một sự thấu thị vượt qua mọi giới hạn của kĩ thuật lúc bấy giờ: sự bất đối xứng là ranh giới phân định giữa sự sống và cái chết. Vũ trụ này là một cấu trúc bất đối xứng, và tự nhiên sống luôn sở hữu tính bất đối xứng phân tử. Nơi nào có sự bất đối xứng, nơi đó có dấu vết của bàn tay sự sống.
Ánh sáng phân cực đi qua những hạt muối nhỏ bé đã soi rọi cho Pasteur một chân trời mới. Hóa học thuần túy dần trở nên chật hẹp. Chàng bắt đầu nâng ánh nhìn của mình lên khỏi những tinh thể vô cơ, hướng về những thực thể đang không ngừng sinh sôi, chuyển động. Cuộc hành trình theo đuổi mầm sống bí ẩn của tự nhiên đã chính thức bắt đầu.
Từ tinh thể đến mầm sống: Lựa chọn hướng đi sự nghiệp
Tin tức về khám phá chấn động của một chàng sinh viên vừa tốt nghiệp nhanh chóng truyền đến tai Jean-Baptiste Biot, một tượng đài vĩ đại của vật lí học Pháp. Ở độ tuổi ngoài 70, Biot đã dành trọn sự nghiệp để nghiên cứu về sự phân cực ánh sáng. Lẽ tự nhiên, vị giáo sư lão thành tỏ ra vô cùng hoài nghi trước công bố của một kẻ hậu bối vô danh. Bằng sự nghiêm khắc của một người bảo vệ chân lí khoa học, Biot yêu cầu Pasteur phải đích thân đến phòng thí nghiệm của ông tại Collège de France để lặp lại toàn bộ quy trình dưới sự giám sát khắt khe nhất.
Biot cung cấp cho Pasteur một lượng axit paratartaric do chính tay ông chuẩn bị, yêu cầu chàng thanh niên thực hiện việc kết tinh ngay trước mắt mình. Vài ngày sau, khi dung dịch bay hơi và những hạt tinh thể đầu tiên xuất hiện, Biot tự tay dùng nhíp gắp từng hạt muối, cẩn thận đặt chúng dưới kính hiển vi. Ông đích thân phân loại chúng thành hai nhóm, tự tay pha dung dịch và đặt vào ống phân cực kế. Chàng thanh niên Pasteur đứng nép mình một góc phòng, hồi hộp chờ đợi trong im lặng.
Khi ánh sáng đi qua và mặt phẳng phân cực thực sự quay sang trái đúng như dự đoán, đôi bàn tay nhăn nheo của Biot khẽ run lên. Vị giáo sư già tiến lại gần, nắm chặt lấy cánh tay của Pasteur và thốt lên những lời từ tận đáy lòng: "Cậu bé của ta ơi, ta đã yêu mến khoa học cả cuộc đời mình đến mức điều này khiến trái tim ta thực sự rung động!". Nước mắt đã rơi trong căn phòng thí nghiệm tĩnh lặng ấy, đánh dấu sự ra đời của một tình bạn vong niên tuyệt đẹp. Kể từ giây phút đó, Biot trở thành người bảo trợ tinh thần, một người cha thứ hai luôn dang rộng vòng tay che chở, định hướng và bảo vệ những ý tưởng táo bạo của Pasteur trước những luồng ý kiến bảo thủ trong giới hàn lâm.
Sự công nhận từ Jean-Baptiste Biot mang lại cho Pasteur danh tiếng cùng một vị trí vững chắc tại các viện nghiên cứu uy tín. Tuy nhiên, vinh quang ban đầu không làm chàng thỏa mãn hay ngủ quên trên chiến thắng. Trái lại, tâm trí chàng bắt đầu dằn vặt với những câu hỏi vĩ mô hơn và việc phát hiện ra sự bất đối xứng phân tử mới chỉ là bước khởi đầu.
Pasteur nhận thấy một thực tế kì lạ: axit tartaric thu được từ quá trình lên men của quả nho luôn mang cấu trúc bất đối xứng và làm quay mặt phẳng ánh sáng. Ngược lại, axit được tổng hợp nhân tạo trong các bình thủy tinh phòng thí nghiệm bằng hóa chất vô cơ lại luôn tạo ra một hỗn hợp cân bằng, đối xứng và trơ với ánh sáng. Suốt nhiều năm trời, chàng lao vào các nỗ lực nhân tạo hóa sự bất đối xứng, cố gắng dùng sức mạnh của từ trường, ánh sáng mặt trời, thậm chí là sự quay của trái đất để ép các hóa chất vô cơ phải tạo ra cấu trúc lệch một chiều. Hàng nghìn giờ đồng hồ trôi qua trong phòng thí nghiệm khép kín, hàng nghìn thí nghiệm thất bại, nhưng chính sự thất bại đó lại hé lộ một chân lí bao trùm.
Chàng đi đến một kết luận mang tính nền tảng cho sinh học hiện đại: những phản ứng hóa học vô cơ mù quáng của tự nhiên chỉ tạo ra sự đối xứng tĩnh lặng của cái chết. Sự bất đối xứng, cái cấu trúc nghiêng hẳn về một phía đầy chủ ý ấy, là đặc quyền duy nhất của sự sống. Bất cứ nơi nào có cấu trúc bất đối xứng, nơi đó từng có sự hiện diện của một mầm sống, của một tế bào đang hoạt động.
Cậu bé của ta ơi, ta đã yêu mến khoa học cả cuộc đời mình đến mức điều này khiến trái tim ta thực sự rung động
Giáo sư Jean-Baptiste Biot
Khám phá này thôi thúc Pasteur đưa ra một quyết định thay đổi hoàn toàn quỹ đạo sự nghiệp của ông. Chàng quyết tâm rời bỏ vùng an toàn của môn hóa học vô cơ thuần túy để dấn thân vào một lãnh địa mờ mịt hơn, nơi những hiện tượng hóa học hòa quyện cùng bí ẩn của sinh giới. Chàng muốn truy tìm nguồn gốc của sự sống thông qua lăng kính của sự bất đối xứng.
Những năm tháng rèn luyện đôi mắt từ thuở học vẽ chân dung ở Arbois, cùng sự kiên nhẫn bóc tách từng hạt tinh thể muối dưới kính hiển vi, đã tôi luyện nên một phương pháp luận thực nghiệm vô song ở Pasteur. Chàng xây dựng cho mình một nguyên tắc làm việc thép: tuyệt đối trung thực với dữ liệu, không bao giờ kết luận khi chưa có bằng chứng thực nghiệm rõ ràng, sẵn sàng lật đổ những định kiến cũ kĩ nếu thực tế chứng minh điều ngược lại. Tư duy khoa học độc lập và sự cẩn trọng tột độ này sẽ trở thành vũ khí sắc bén nhất của chàng trong những cuộc chiến khốc liệt sắp tới.
Cuốn sách tuổi trẻ của cậu học trò xứ Arbois khép lại với ánh sáng rực rỡ từ những tinh thể lấp lánh, để rồi mở ra một chương mới đầy giông bão. Rời xa thủ đô Paris, Pasteur chuẩn bị xách hành trang đến thành phố công nghiệp Lille vào tháng 9 năm 1854. Tại đây, những chiếc kính hiển vi của chàng sẽ không còn ngắm nhìn những hạt muối tĩnh lặng nữa. Thay vào đó, chàng sẽ phải đối mặt với một thế giới sinh động, hỗn loạn và đầy sức mạnh của những vi sinh vật vô hình, bắt đầu từ những thùng rượu vang đang sủi bọt chua loét. Cuộc đua giải mã sự sống thực sự chỉ mới bắt đầu.
Đón đọc kì sau: Cuộc chiến với phe thuyết tự sinh
