Что такое хиральная сеть
Понятие Хиральной связи в Death Stranding
Хидео Кодзима после Tokyo Game Show 2019 пообщался с Game Informer, где рассказал много всего о своей игре и что она значит. Одним из вопросов был: «Чем отличается концепт хиральной связи от современного общения?»
Это «теория письма». Раньше [общение] не было в реальном времени, в прошлом. Например, муж пишет письмо с войны:» Я не знаю, когда умру.» Отправляет его и спустя несколько месяцев оно доходит до его жены. Она читает его и первое время думает, «он может быть уже мёртв.» Жене приходится задуматься о том, что думал её муж, когда писал письмо — так выглядело общение тогда. Сейчас оно происходит в реальном времени.
Речь идёт о заботе о людях. Не напрямую; я хотел бы сделать с современным интернетом такое. Если кто-то оставит чашку в Death Stranding — вы начнёте думать про себя: «Кто-то оставил эту чашку специально? Может он просто выбросил её?» Вы думаете об этом. Как в случае с «теорией письма.» В этой эпохе «прямого общения» я хотел создать непрямое общение с использованием современных технологий, чтобы вы думали о других больше. Как было привычно тогда — в 20-ом веке, 19-ом веке — когда людям приходилось думать о других при общении. А сейчас люди забывают об этом, потому что всё напрямую. Я могу позвонить тебе по FaceTime в любое время. Вот, сейчас, если я увижу твою чашку, то я могу позвонить тебе и спросить: «Эй, для чего чашка?» А в Death Stranding такое не провернуть. Тебе придётся подумать.
После вышесказанного вам придётся подумать о чашке, которую вы оставите: «Что подумают люди [о чашке], если я оставлю её здесь?» Так, я надеюсь, чувства людей по отношению друг к другу будут углубляться в Death Stranding из-за такой связи.
Как работает хиральная сеть в Death Stranding?
Остановимся на особенностях работы сетевых функций в видеоигре от прославленного «бурятского» Гения. Хиральная сеть в Death Stranding – это местная социалка, позволяющая игрокам видеть постройки, выставленные другими геймерами где-то в параллельном мире. Серверная инфраструктура выполнена в виде слоёного пирога, когда смежные вселенные соприкасаются.
Как это работает на практике? Например, один курьер выстраивает огромный мост через пропасть, или эстакаду над местностью, кишащей BT’s. Все Сэмы Бриджесы, оказавшиеся на данном сервере, смогут воспользоваться постройками и отправить лайки строителю.
Иногда наличие таких строений становится критичным, если вам предстоит пересечь обширное пространство. На пути может возникнуть отстроенная кем-то база, где предусмотрен отдых в личном помещении с лечением BB и восстановлением прочности контейнеров. О ремонте груза читайте здесь.
Зачем нужны отметки «Мне нравится»? Просто для выстраивания общих курьерских рейтингов, но влияния на концовку нет. Соответственно, на всю социальную часть можно смело плюнуть, ограничившись использованием оставленного вам добра. На блокпостах Bridges встречаются грузовики и мотоциклы, брошенные другими людьми.
Почему хиральная сеть в Death Stranding недоступна?
Это происходит из-за удалённости ближайшего узлового города. Их объединение и подключение в единую экосистему происходит строго по сюжету, что косвенно ограничивает ваше перемещение по гигантскому открытому миру.
Наибольшую актуальность сетевой функционал приобретает на высоких уровнях сложности, где возникает нехватка ресурсов для собственного строительства. Запрос на материалы можно оставить на базе, аналогичным образом для обмена эксплуатируются почтовые будки. Если хотите, выставляйте минимальные настройки и получайте удовольствие от сюжета.
Словарь Death Stranding — что такое Бридж-Бэби, темпоральный дождь, Берег и не только
Death Stranding очень комплексная игра как с точки зрения истории, так и геймплея. Но новый проект Хидео Кодзимы (Hideo Kojima) богат не только этим, но и различной терминологией. Этот материал является своего рода энциклопедией, которая объясняет внутриигровые термины.
Micanga
Браслет, который носит главный герой. Он связывает его с Фрэджайл и позволяет ей телепортироваться к Сэму, когда ей захочется.
Автотоксемия (Autotoxemia)
Автотоксемия — это когда ваш Бридж-Бэби впадает в состояние шока от слишком высокого уровня стресса. Вы можете успокоить его, чтобы снизить уровень стресса, или синхронизировать его со своей Некроматерью.
Берег (Beach)
Таинственное, зеркальное отражение нашего мира и мира мёртвых. Это своего рода неопределённое пространство, которое отражает и то, и другое, хоть и не является ни тем, ни другим. Именно отсюда и происходят Твари. На раннем этапе игры подразумевается, что это место, куда попадают души после смерти прежде, чем перейти уже в загробную жизнь.
Каждый Берег олицетворяет загробную жизнь человека или группы людей. Они сформированы волей их «обитателей» (души перешедших умерших людей). Это значит, что не все Берега будут выглядеть одинаково.
Некоторые люди, такие как наш герой Сэм, особенные, поэтому могут посещать эти места и возвращаться обратно, тем самым прыгая между реальным миром и загробной жизнью.
По правилам, на Береге должен находиться только один человек в полном одиночестве. Но если умирает много людей в одно и то же время (например, во время выхода пустоты), они в итоге могут попасть на один и тот же Берег.
Бридж-Бэби (Bridge Baby)
Бридж-Бэби — недоношенные дети, находящиеся в стазисе, который имитирует утробу матери. Их собирают из маток Некроматерей (женщин, мозг которых умер) в возрасте 28 недель.
Они постоянно находятся в состоянии между будучи рождёнными и мёртвыми. Именно это неопределённое состояние и позволяет тем, кто подключился к ним, видеть Тварей. В противном случае они бы постоянно входили прямо в этих призраков и погибали.
Точная природа ББ и их история были утеряны. Инструкции по их созданию известны, однако почему они работают, до сих пор неясно.
И помните, что ББ — это всего лишь оборудование, поэтому вы не должны к ним привязываться. Они находятся непосредственно между миром живых и мёртвых. Бридж-Бэби ни живые, ни «выброшенные на берег».
Бриджес (Bridges)
Правительственная компания, целью которой является воссоединение Америки. Сэм Портер Бриджес присоединяется к ним в первом эпизоде. Они главные союзники главного героя. Воссоединяя страну путём подключения городов к Хиральной сети, они надеются донести до людей сообщения о надежде и дать возможность обмениваться информацией в цифровом формате.
Возвращенец (Repatriate)
Тот, кто может вернуться после смерти. Сэм, главный герой, как раз один из возвращенцев. Чтобы вернуться в мир живых, душа должна найти мёртвое тело.
Выброшенные на берег (Beached)
Означает, что человек «умер» и попал на Берег (загробная жизнь).
Выброшенный на берег (Stranded)
Означает «застрять» и не возможность найти дорогу домой.
Выживальщики (Preppers)
Независимые выживальщики, которые часто скептически относятся к СГА (UCA) и всячески сопротивляются им. Многие из них откололись от общества ещё до «Выхода смерти». Они создали убежища и наполнили их припасами, поскольку ожидали неизбежной катастрофы. И они были правы.
Случился «Выход смерти» и они были единственными готовыми к этому. После инцидента они приняли свой независимый образ жизни. Пользуются услугами компании Фрэджайл Экспресс для доставки грузов, поскольку работают они вне системы.
Выплеск пустоты (Voidout)
Выход смерти (Death Stranding)
«Выход смерти» — это массовое вымирание. В прошлом случилось пять таких взрывов, которые уничтожили всю жизнь на Земле и позволили новым формам жизни восстать из пепла: Трилобитам, Аммонитам, Динозаврам, Мамонтам и Ледяным людям.
Персонаж по имени Хартман предполагает, что по сюжету мир игры находится в середине шестого вымирания, которое по итогу уничтожит всё человечество.
«Выход смерти» был вызван «Фактором вымирания». Он связан нитью (пуповиной) с берегами, и именно благодаря этой связи может каким-то образом привести к «Выходу смерти».
Га (Ha)
Деменсы (Homo Demens)
Общий термин для групп боевиков, выступающих против централизации власти. Они стремятся сохранить свои города независимыми и самоуправляемыми. Поэтому в соответствии с этими идеалами, у них нет центральной власти, которой они подчиняются. Деменсы — это независимые ячейки, которые разделяют одну общую философию.
Доставщик (Porter)
Доставщик — это, по сути, курьер. Главный герой игры тоже является доставщиком. Людей, чья работа заключается в доставке всякого груза, называют «доставщиками». Именно поэтому главного героя часто называют «Сэмом Портером Бриджесом». Сэм — его имя, Портер (то есть Доставщик) — функция, а Бриджес — группа, с которой он связан.
ДУМы (DOOMS)
Загадочное состояние, при котором поражённый человек обладает сверхчеловеческими способностями и устойчивостью к хиралиевому загрязнению. Способности оцениваются по шкале, начиная с самого низкого уровня, которым обладает, например, Сэм, способный лишь чувствовать Тварей.
Его тело реагирует на их присутствие, однако видеть их он не может. Обладатели более высокого уровня ДУМа, в свою очередь, могут видеть Тварей, а иногда и вовсе контролировать их.
Ка (Ka)
Карты памяти (Memory Chips)
Данные, оставшиеся от старого мира. Эти маленькие кусочки информации дают представление о том, как люди жили раньше. Во вселенной игры люди часто описывают эти чипы, как «Га», подразумевая, что их они рассматривают как нечто большее, чем просто электронику; они являются проводниками потерянных душ.
Кораллы Шва (Corals)
Организмы, которые живут во Шве. Предполагается, что «Кораллы Шва» существуют в промежуточном пространстве (между жизнью и смертью, временем и безвременьем) в результате эволюции. Их приравнивают к тем первым существам, что ходили по Земле. Рыбы с ногами были выбраны естественным путём не за их способность исследовать Землю, а за их способность возвращаться к воде.
«Кораллы Шва» точно также стремятся вернуться в царство вне времени. Их способность пересекать оба пространства означает, что они не могут существовать ни в одном, ни в другом. Они существуют дольше, чем любой другой организм, выдержав массовое вымирание 540 миллионов лет назад. «Кораллы Шва» — это «форма жизни, на которую опираются многие другие организмы».
Криптобиоты (Cryptobiotes)
Жуки, которые существовали в течение долгого времени, даже до «Выхода смерти», но были настолько незначительными, что большинство людей не знало об их существовании. Они названы в честь криптобиоза, что означает «скрытая жизнь».
Криптобиоты могут пережить практически всё, и даже жить в пределах Берега или Шва. Их употребление в пищу может помочь людям временно противостоять эффектам темпорального дождя.
Кукла (Doll)
Кукла была показана во многих трейлерах Death Stranding и появляется на протяжении всей игры. Клиффорд Унгер и Хиггс носят собой именно её, а не ББ. Кукла соединяет их с Амелией и её берегом. Так они могут свободно передвигаться туда и обратно.
Кьюпид (Q-Pid)
Устройство, сделанное из хиралия, используемое для подключения путевых станций к Хиральной сети.
Лайкоцин (Likecin)
Гормон, вроде окситоцина, который выделяется мозгом. Однако в отличие от окситоцина, его нельзя вводить синтетически. Лайкоцин — результат похвалы и получения лайков от других.
Ловец (Catcher)
Ловец представляет собой большую Тварь. Когда человека ловят эти существа, то доставляют его к нему. Это наиболее агрессивные Твари, которые, как правило, принимают форму животных. Однако как именно они образуются, откуда вообще берутся или почему существуют, самой игрой не объясняется.
Некоторые люди с ДУМом высокого уровня (сверхъестественными способностями) могут контролировать и манипулировать Ловцами. Например, так может делать Хиггс.
МУЛы (MULEs)
Враги, с которыми сталкиваешься в дикой природе. Они всегда хотят украсть ваше снаряжение и посылки. МУЛы не мусорщики. Снаряжение им нужно не для того, чтобы выживать, а чтобы доставлять его. МУЛы зависимы от совершения доставок.
Их патологическая одержимость доставкой может быть результатом хиралиевого загрязнения. Гормональный дисбаланс у МУЛов может привести к ухудшению памяти и помутнению сознания, в результате чего может создаться близорукая личность. Они видят себя как стаю, а не как людей.
Мультивселенная (Strand Field)
Если несколько человек одновременно умирают, их берега (загробные места) могут запутаться, тем самым создав мультивселенную разных берегов.
Некроз (Necrosis)
Некроз — это стадия смерти, которая наступает спустя 48 часов после остановки сердца. В этот момент умерший человек становится Тварью и вызывает выплеск пустоты. Для того, чтобы остановить некроз, тела сжигают сразу же после наступления смерти.
Некромать (Still Mother)
Матери ББ, у которых умер мозг. Жизнь в их телах поддерживается для того, чтобы можно было откалибровать искусственные матки, в которых обитают Бридж-Бэби.
Нить (Strand)
Одрадек (Odradek)
Сканер, используемый Сэмом и другими доставщиками. Предоставляет различную информацию, вроде расположения сооружений и крутизну местного ландшафта. С прикреплённым ББ также предупреждает о местоположении Тварей.
Отдел по утилизации трупов (Corpse Disposal Team)
Подразделение Бриджес, которому поручено сжигать трупы. Из-за некроза тела умерших должны быть кремированы. И поскольку в момент сжигания выделяется хиралий, делать это необходимо вдали от густонаселённых районов, таких как города.
Портативный Хиральный Конструктор или ППК (PCC)
Устройство для 3D-печати, позволяющее строить различные конструкции, такие как мосты, сторожевые башни, генераторы и почтовые ящики.
Последний выход (The Last Stranding)
Массовое вымирание всего человечества, вызванное «Фактором вымирания». Это конец света или армагеддон.
Прибор «Эво-био» (Evo-Devo Unit)
«Эво-био» — это эволюционное развитие биологии. Вся жизнь имеет практически идентичную ДНК, произошедшую от одних и тех же предков. Таким образом, согласно «Эво-био», при наличии нужной технологии, ДНК любого организма может быть использована для создания ДНК другого организма.
Прибор применяет эту концепцию на объектах. Он задействует безвременность Хиральной сети, чтобы создавать объекты из неполных объектов.
Соединённые Города Америки (United Cities of America)
Остатки Соединённых Штатов Америки. Больше не федеративное общество со штатами. Некогда могущественная страна разрушена и расколота. Компания Бриджес, совместно с тем, что осталось от правительства США, пытается восстановить страну. Хоть это и будет государство, которое будет состоять из соединённых городов, а не штатов.
Столичный узел (Capital Knot City)
Главный город-штаб, в котором происходят события в начале игры. Расположен на восточном побережье США. В прошлом был Вашингтоном.
Твари (BT)
Существа, которые последовали за «Выходом смерти». Твари пришли с Берегов и размножаются путём поглощения мёртвых через некроз. Во вселенной игры они «отражают нас самих». Они наши противоположности. Когда человек и Тварь встречаются, происходит выплеск пустоты. Куда бы они не пошли, существа оставляют после себя отпечатки ладоней. Это, вероятнее всего, олицетворяет их желание связи.
Твари тесно связаны с другой стороной через пуповины. Из можно перерезать с помощью кусачек, которые вы получите в пятом эпизоде, чтобы возвращать их в мир мёртвых.
Твари появляются во время темпорального дождя. Они не могут видеть людей — только слышать. Если Твари ловят человека, то тащат к своему боссу, «Ловцу».
Темпоральный дождь (Timefall)
В мире игры весь дождь называют темпоральным. Всё, к чему он прикасается, стареет, а потом превращается в воду. Темпоральный дождь происходит только в определённых местах. На это указывает перевёрнутая радуга.
УЗЕЛ (KNOT)
УЗЕЛ — это терминалы, которые люди Амелии построили в городах и населённых пунктах. Делали они это в ходе своего путешествия на запад. Когда вы находите УЗЕЛ, вы должны подключить к нему свой Кьюпид (серебряное ожерелье Сэма), чтобы включить Хиральную связь.
Фактор вымирания (Extinction Entity)
Может уничтожить всю жизнь на Земле. Происходил в прошлом во время массового вымирания (например, динозавров). «Теория Фактора вымирания» Хартмана говорит о том, что он не стареет и тесно связан с нитью.
Обладает способностью уничтожить всё, что только можно на планете, тем самым отправив каждую душу на Берега. В истории Земли было пять таких массовых вымираний. В игре на подходе уже шестое по счёту вымирание, и Сэм должен остановить его.
Фобия (Phobia)
В мире Death Stranding — это физическое и психологическое состояние, вызванное хиральным воздействием.
Фобия прикосновений (Aphenphosmphobia)
Фобия Сэма. Образовалась из-за того, что контакт с человеком навсегда оставляет следы на его коже. Именно поэтому по всему телу у главного героя есть шрамы в виде отпечатков рук.
Фрэджайл Экспресс (Fragile Express)
Частная компания по доставке товаров для физических лиц внештатными сотрудниками. В отличие от Бриджес, Фрэджайл Экспресс не связана с каким-либо объединением или правительством, что делает её привлекательной для выживальщиков и им подобным.
Хиралий (Chiralium)
Слово «хиралий» произошло от греческого слова «рука». Изначально частица, как и тёмная материя. Такая же древняя, как и вселенная. О его существовании стало известно только после «Выхода смерти», так как до этого она находилась в невидимом измерении.
Хиралий попал в мир игры благодаря опустошению и хиральным кристаллам, которые остались после взрыва. «Хиральное вещество не подвержено влиянию времени. Что касается этих частиц, то с момента Большого взрыва время не сдвинулось ни на секунду».
Высокая плотность хиралия в атмосфере приводит к темпоральному дождю.
Суть хиральности заключается в том, что это «состояние, в котором зеркальное отображение формы не соответствует оригиналу».
Хиральная аллергия (Chiral Allergy)
Аллергия у носителей ДУМа, вследствие чего они реагируют на повышенную хиральную активность. Например, когда хиральная плотность слишком высокая, Сэм плачет.
Хиральная сеть (Chiral Network)
Это интернет, охватывающий всю Америку, и который Сэм должен восстановить. Главный герой обязан использовать свой Кьюпид у терминалов на объектах, чтобы подключить их к Хиральной сети.
Хиральная паутина (Chiral Web)
То же самое, что и Хиральная сеть, только под другим названием.
Хиралиевое загрязнение (Chiral Contamination)
Результат длительного воздействия хирального излучения, которое испускает хиралий. Очень сильно влияет на человека как физически, так и психологически. Оказывает тот же эффект, что и высокий уровень стресса.
Наиболее распространённые симптомы: плохой сон из-за ночных кошмаров, сердечная недостаточность, тяжёлый гормональный дисбаланс и инсульт. Симптомы можно смягчить гормонами, окситоцинами и лайкоцинами.
Хиральные голограммы (Chiralgram)
Голограммы, которые проецируются через Хиральную сеть.
Хиральные кристаллы (Chiral Crystals)
Высокая концентрация хиралия превращается в кристаллы. Их оставляют за собой Твари, темпоральный дождь и выходы пустоты.
Хиральный всплеск (Chiral Spike)
Хиральный всплеск — это когда хиральная плотность быстро меняется в атмосфере. В результате чего может вызвать хиральный шторм и тогда вы застрянете между двумя разными временами.
Хиральный принтер (Chiral Printer)
Хиральный узел (Chiral Knot)
Это то, что главный герой называет обычным УЗЛОМ после подключения к Хиральной сети.
Хиральный шторм (Chiral Storm)
Следствие хирального всплеска. Эти штормы могут засосать Сэма и бросить в совершенно другое пространство и время.
Хиральность в живой и неживой природе
Илья Леенсон,
канд. хим. наук, ст. науч. сотр. химического факультета МГУ
«Троицкий вариант» №24(218), 6 декабря 2016 года
Хиральность — несовместимость объекта со своим зеркальным отражением любой комбинацией вращений и перемещений в трехмерном пространстве. Речь идет только об идеальном плоском зеркале. В нем правша превращается в левшу и наоборот.
Хиральность типична для растений и животных, и сам термин происходит от греч. χείρ — рука.
Есть правые и левые ракушки и даже правые и левые клювы у клестов (рис. 1).
«Зеркальность» распространена и в неживой природе (рис. 2).
Рис. 2. Фото с сайта scienceblogs.com
Рис. 3. Фото с сайта www.bookofjoe.com
В последнее время стали модны «хиральные», т. е. зеркальные часы (обратите внимание на надпись на циферблате) (рис. 3).
И даже в лингвистике есть место хиральности! Это палиндромы: слова и предложения-перевертыши, например: Я УДАРЮ ДЯДЮ, ТЁТЮ РАДУЯ, Я УДАРЮ ТЁТЮ, ДЯДЮ РАДУЯ или ЛЕЕНСОН — УДАВ, НО ОН В АДУ НОС НЕ ЕЛ!
Очень важна хиральность для химиков и фармацевтов. Химия занимается объектами в наномасштабе (модное слово «нано» происходит от греч. νάννος — карлик). Хиральности в химии посвящена монография, на обложке которой (на фото справа) — хиральные колонны и две хиральные молекулы гексагелицена (от helix — спираль).
А важность хиральности для медицины символизирует обложка июньского номера американского журнала Journal of Chemical Education за 1996 год (рис. 4). На боку добродушно виляющего хвостом пса изображена структурная формула пеницилламина. Пес смотрит в зеркало, а оттуда на него глядит страшный зверь с оскаленной клыкастой пастью, горящими огнем глазами и вставшей дыбом шерстью. На боку зверя изображена та же самая структурная формула в виде зеркального отображения первой. Название опубликованной в этом номере статьи о лекарственных хиральных средствах было не менее красноречивым: «Когда молекулы лекарств смотрятся в зеркало». Почему же «зеркальное отражение» так драматически изменяет облик молекулы? И как узнали, что две молекулы являются «зеркальными антиподами»?
Рис. 4. Обложка июньского номера американского журнала Journal of Chemical Education за 1996 год (на фото слева с сайта pubs.acs.org) и обложка монографии, посвященной хиральности в химии (фото с сайта www.twirpx.com)
Поляризация света и оптическая активность
Со времен Ньютона в науке шли споры о том, представляет ли свет собой волны или частицы. Ньютон полагал, что свет состоит из частиц с двумя полюсами — «северным» и «южным». Французский физик Этьен Луи Малюс, ввел понятие о поляризованном свете, с одним направлением «полюсов». Теория Малюса не подтвердилась, однако название осталось.
В 1816 году французский физик Огюстен Жан Френель высказал необычную для того времени идею о том, что световые волны — поперечные, как волны на поверхности воды.
Френель объяснил и явление поляризации света: в обычном свете колебания происходят хаотично, во всех направлениях, перпендикулярных направлению луча. Но, пройдя через некоторые кристаллы, например исландского шпата или турмалина, свет приобретает особые свойства: волны в нем колеблются только в одной плоскости. Образно говоря, луч такого света подобен шерстяной нитке, которую продернули через узкую щель между двумя острыми лезвиями бритвы. Если второй такой же кристалл поставить перпендикулярно первому, поляризованный свет через него не пройдет.
Отличить обычный свет от поляризованного можно с помощью оптических приборов — поляриметров; ими пользуются, например, фотографы: поляризационные фильтры помогают избавиться от бликов на фотографии, которые возникают при отражении света от поверхности воды.
Оказалось, что при прохождении поляризованного света через некоторые вещества плоскость поляризации поворачивается. Впервые это явление обнаружил в 1811 году французский физик Франсуа Доминик Араго у кристаллов кварца. Это связано со строением кристалла. Природные кристаллы кварца асимметричны, причем они бывают двух типов, которые отличаются по своей форме, как предмет от своего зеркального изображения (рис. 5). Эти кристаллы вращают плоскость поляризации света в противоположных направлениях; их назвали право- и левовращающими.
Рис. 5. «Левый» и «правый» кристаллы кварца
В 1815 году французский физик Жан Батист Био и немецкий физик Томас Иоганн Зеебек выяснили, что некоторые органические вещества, например сахар и скипидар, также обладают способностью вращать плоскость поляризации, причем не только в кристаллическом, но и в жидком, растворенном и даже газообразном состояниях. Оказалось, что каждый «цветовой луч» белого света поворачивается на разный угол. Сильнее всего поворачивается плоскость поляризации для фиолетовых лучей, меньше всего — для красных. Поэтому бесцветное вещество в поляризованном свете может стать окрашенным.
Как и в случае кристаллов, некоторые химические соединения могли существовать в виде как право-, так и левовращающих разновидностей. Однако оставалось неясным, с каким свойством молекул связано это явление: самый тщательный химический анализ не мог обнаружить между ними никаких различий! Такие разновидности веществ назвали оптическими изомерами, а сами соединения — оптически активными. Оказалось, что у оптически активных веществ есть и третий тип изомеров — оптически неактивные. Это обнаружил в 1830 году знаменитый шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус: виноградная кислота С4Н6О6 оптически неактивна, а винная кислота точно такого же состава обладает в растворе правым вращением. Но никто не знал, существует ли не встречающаяся в природе «левая» винная кислота — антипод правовращающей.
Открытие Пастера
Оптическую активность кристаллов физики связывали с их асимметричностью; полностью симметричные кристаллы, например кубические кристаллы поваренной соли, оптически неактивны. Причина же оптической активности молекул долгое время оставалась совершенно загадочной. Первое открытие, проливавшее свет на это явление, сделал в 1848 году никому тогда не известный французский ученый Луи Пастер. Еще в студенческие годы он заинтересовался химией и кристаллографией, работая под руководством вышеупомянутого Жана Батиста Био и видного французского химика-органика Жана Батиста Дюма. После окончания Высшей нормальной школы в Париже молодой (ему было всего 26 лет) Пастер работал лаборантом у Антуана Балара. Балар был уже известным химиком, который за 22 года до этого прославился открытием нового элемента — брома. Своему ассистенту он дал тему по кристаллографии, не предполагая, что это приведет к выдающемуся открытию.
В ходе исследования Пастер приготовил раствор натриево-аммониевой соли оптически неактивной виноградной кислоты и медленным выпариванием воды получил красивые призматические кристаллы этой соли. Кристаллы эти, в отличие от кристаллов виноградной кислоты, оказались асимметричными. У части кристалликов одна характерная грань находилась справа, а у других — слева, причем по форме два типа кристаллов были как бы зеркальным отражением друг друга.
Тех и других кристаллов получилось поровну. Зная, что в подобных случаях кристаллы кварца вращают в разные стороны, Пастер решил проверить, не будет ли наблюдаться это явление и на полученной им соли. Вооружившись увеличительным стеклом и пинцетом, Пастер аккуратно разделил кристаллы на две кучки. Их растворы, как и следовало ожидать, обладали противоположным оптическим вращением, а смесь растворов была оптически неактивной (правая и левая поляризации взаимно компенсировались). Пастер на этом не остановился. Из каждого из двух растворов с помощью сильной серной кислоты он вытеснил более слабую органическую кислоту. Можно было предположить, что в обоих случаях получится исходная виноградная кислота, которая оптически неактивна. Однако оказалось, что из одного раствора образовалась вовсе не виноградная, а известная правовращающая винная кислота, а из другого раствора получилась тоже винная кислота, но вращающая влево! Эти кислоты получили название d-винной (от лат. dexter — правый) и l-винной (от лат. laevus — левый). В дальнейшем направление оптического вращения стали обозначать знаками (+) и (–), а абсолютную конфигурацию молекулы в пространстве — буквами R и S. Итак, неактивная виноградная кислота оказалась смесью равных количеств известной «правой» винной кислоты и ранее неизвестной «левой». Именно поэтому равная смесь их молекул в кристалле или в растворе не обладает оптической активностью. Для такой смеси стали применять название «рацемат», от лат. racemus — виноград. Два антипода, дающие при смешении в равных количествах оптически неактивную смесь, получили название энантиомеров (от греч. έναντίος — противоположный).
Поняв значение своего эксперимента, Пастер выбежал из лаборатории и, встретив лаборанта физического кабинета, бросился к нему и воскликнул: «Я только что сделал великое открытие!» Кстати, Пастеру очень повезло с веществом: в дальнейшем химики обнаружили всего несколько подобных случаев кристаллизации при определенной температуре смеси оптически различных кристалликов, достаточно крупных, чтобы их можно было под лупой разделить пинцетом.
Пастер открыл еще два метода разделения рацемата на два антипода. Биохимический метод основан на избирательной способности некоторых микроорганизмов усваивать только один из изомеров. Во время посещения Германии один из аптекарей дал ему давно стоявшую склянку с виноградной кислотой, в которой завелась зеленая плесень. В своей лаборатории Пастер обнаружил, что бывшая когда-то неактивной кислота стала левовращающей. Оказалась, что зеленый плесневой грибок Penicillum glaucum «поедает» только правый изомер, оставляя левый без изменения. Такое же действие оказывает эта плесень на рацемат миндальной кислоты, только в данном случае она «поедает» левовращающий изомер, не трогая правовращающий.
Третий способ разделения рацематов был чисто химическим. Для него нужно было иметь оптически активное вещество, которое при взаимодействии с рацемической смесью по-разному связывалось бы к каждым из энантиомеров. В результате два вещества в смеси не будут антиподами (энантиомерами) и их можно будет разделить как два разных вещества. Это можно пояснить такой моделью на плоскости. Возьмем смесь двух антиподов — Я и R. Их химические свойства одинаковые. Внесем в смесь несимметричный (хиральный) компонент, например Z, который может реагировать с каким-либо участком в этих энантиомерах. Получим два вещества: ЯZ и ZR (или ЯZ и RZ). Эти структуры не являются зеркально симметричными, поэтому такие вещества будут чисто физически различаться (температурой плавления, растворимостью, еще чем-нибудь) и их можно разделить.
Пастер сделал еще много открытий, в числе которых прививки против сибирской язвы и бешенства, ввел методы асептики и антисептики.
Исследование Пастера, доказывающее возможность «расщепления» оптически неактивного соединения на антиподы — энантиомеры, первоначально вызвало у многих химиков недоверие, однако, как и последующие его работы, привлекло самое пристальное внимание ученых. Вскоре французский химик Жозеф Ашиль Ле Бель с помощью третьего пастеровского метода расщепил несколько спиртов на оптически активные антиподы. Немецкий химик Иоганн Вислиценус установил, что существуют две молочные кислоты: оптически неактивная, образующаяся в скисшем молоке (молочная кислота брожения), и правовращающая, которая появляется в работающей мышце (мясомолочная кислота). Подобных примеров становилось всё больше, и требовалась теория, объясняющая, чем же отличаются друг от друга молекулы антиподов.
Теория Вант-Гоффа
Такую теорию создал молодой голландский ученый Якоб Хендрик Вант-Гофф, который в 1901 году получил первую в истории Нобелевскую премию по химии. Согласно его теории, молекулы, как и кристаллы, могут быть хиральными — «правыми» и «левыми», являясь зеркальным отражением друг друга. Простейший пример — молекулы, в которых имеется так называемый асимметрический атом углерода, окруженный четырьмя разными группами. Это можно продемонстрировать на примере простейшей аминокислоты аланина. Две изображенные молекулы невозможно совместить в пространстве никакими поворотами (рис. 6, вверху).
Многие ученые отнеслись к теории Вант-Гоффа недоверчиво. А известный немецкий химик-органик, выдающийся экспериментатор, профессор Лейпцигского университета Адольф Кольбе разразился резкой до неприличия статьей в Journal für praktische Chemie с ехидным названием «Zeiche der Zeit» («Приметы времени»). Он сравнивал теорию Вант-Гоффа с «отбросами человеческого ума», с «кокоткой, наряженной в модные одежды и покрывшей лицо белилами и румянами, чтобы попасть в порядочное общество, в котором для нее нет места». Кольбе писал, что «некоему доктору Вант-Гоффу, занимающему должность в Утрехтском ветеринарном училище, очевидно, не по вкусу точные химические исследования. Он счел более приятным сесть на Пегаса (вероятно, взятого напрокат из ветеринарного училища) и поведать миру то, что узрел с химического Парнаса. Настоящих исследователей поражает, как почти неизвестные химики берутся так уверенно судить о высочайшей проблеме химии — вопросе о пространственном положении атомов, который, пожалуй, никогда не будет решен. Такой подход к научным вопросам недалек от веры в ведьм и духов. А таких химиков следовало бы исключить из рядов настоящих ученых и причислить к лагерю натурфилософов, совсем немногим отличающихся от спиритов».
Со временем теория Вант-Гоффа получила полное признание. Каждый химик знает, что, если в смеси поровну «правых» и «левых» молекул, вещество в целом будет оптически неактивным. Именно такие вещества и получаются в колбе в результате обычного химического синтеза. И только в живых организмах, при участии асимметричных агентов, например ферментов, образуются асимметричные соединения. Так, в природе преобладают аминокислоты и сахара́ только одной конфигурации, а образование их антиподов подавлено. В некоторых случаях разные энантиомеры можно различить и без всяких приборов — когда они по-разному взаимодействуют с асимметрическими рецепторами в нашем организме. Яркий пример — аминокислота лейцин: ее правовращающий изомер сладкий, а левовращающий — горький.
Конечно, тут же возникает вопрос о том, как же появились на Земле первые оптически активные химические соединения, например та же природная правовращающая винная кислота, или как возникли «асимметричные» микроорганизмы, питающиеся только одним из энантиомеров. Ведь в отсутствие человека некому было осуществлять направленный синтез оптически активных веществ, некому было разделять кристаллы на правые и левые! Однако подобные вопросы оказались настолько сложными, что однозначного ответа на них нет и поныне. Ученые сходятся лишь в том, что существуют асимметричные неорганические или физические агенты (асимметричные катализаторы, поляризованный солнечный свет, поляризованное магнитное поле), которые могли дать начальный толчок асимметрическому синтезу органических веществ. Похожее явление мы наблюдаем и в случае асимметрии «вещество — антивещество», поскольку все космические тела состоят только из вещества, а отбор произошел на самых ранних стадиях образования Вселенной.
Хиральные лекарства
Химики часто относятся к энантиомерам как к одному соединению, поскольку их химические свойства идентичны. Однако их биологическая активность может быть совершенно различной. Человек — существо хиральное. И это относится не только к его внешнему виду. «Правые» и «левые» лекарства, взаимодействуя с хиральными молекулами в организме, например с ферментами, могут действовать по-разному. «Правильное» лекарство подходит к своему рецептору как ключ к замку и запускает желаемую биохимическую реакцию. Действие же «неправильного» антипода можно уподобить попытке пожать правой рукой левую руку своего гостя. Необходимость в оптически чистых энантиомерах объясняется также тем, что часто только один из них обладает требуемым терапевтическим эффектом, тогда как второй антипод может в лучшем случае быть бесполезным, а в худшем — вызвать нежелательные побочные эффекты или даже быть токсичным. Это стало очевидным после нашумевшей трагической истории с талидомидом — лекарственным средством, которое назначали в 1960-е годы беременным женщинам как эффективное снотворное и успокаивающее. Однако со временем проявилось его побочное тератогенное (от греч. τέρας — чудовище) действие, и на свет появилась масса младенцев с врожденными уродствами. Лишь в конце 1980-х годов выяснилось, что причиной несчастий был только один из энантиомеров талидомида — правовращающий — и только левовращающий изомер является мощным транквилизатором (рис. 6, внизу). К сожалению, такое различие в действии лекарственных форм раньше не было известно, поэтому продаваемый талидомид был рацемической смесью обоих антиподов. Они отличаются взаимным расположением в пространстве двух фрагментов молекулы.
Рис. 6. Лекарства-палиндромы
Еще один пример. Пеницилламин, структура которого была нарисована на собаке и волке на обложке журнала, — довольно простое производное аминокислоты цистеина. Это вещество применяют при острых и хронических отравлениях медью, ртутью, свинцом, другими тяжелыми металлами, так как оно обладает способностью давать прочные комплексы с ионами этих металлов; образующиеся комплексы удаляются почками. Применяют пеницилламин также при различных формах ревматоидного артрита, в ряде других случаев. При этом применяют только «левую» форму препарата, так как «правая» токсична и может привести к слепоте.
Бывает и так, что каждый энантиомер обладает своим специфическим действием. Так, левовращающий S-тироксин (лекарственный препарат левотроид) — это природный гормон щитовидной железы. А правовращающий R-тироксин (декстроид) понижает содержание холестерина в крови. Некоторые производители придумывают для подобных случаев торговые названия-палиндромы, например, darvon и novrad для синтетического наркотического анальгетика и препарата от кашля соответственно.
В настоящее время многие лекарственные средства выпускаются в виде оптически чистых соединений. Их получают тремя методами: разделением рацемических смесей, модификацией природных оптически активных соединений и прямым синтезом. Последний также требует хиральных источников, поскольку любые другие традиционные методы синтеза дают рацемат. Это, кстати, одна из причин очень высокой стоимости некоторых лекарств, поскольку направленный синтез только одного из них — сложная задача. Поэтому не удивительно, что из множества синтетических хиральных препаратов, выпускаемых во всем мире, лишь небольшая часть является оптически чистой, остальные — рацематы.
О хиральности молекул см. также:
Глава Происхождение хиральной чистоты из книги Михаила Никитина «Происхождение жизни».