Международная группа исследователей под руководством профессора Йосси Пальтиэля из Еврейского университета в Иерусалиме и профессора Рона Наамана из Института Вейцмана обнаружила физический механизм, который может пролить свет на одну из самых фундаментальных тайн биологии: почему живые организмы предпочитают использовать только одну из двух зеркальных форм молекул.
Загадка биологической гомохиральности
Ключевые «строительные блоки» жизни, такие как аминокислоты и сахара, обладают свойством хиральности — они существуют в виде двух зеркальных отображений, или энантиомеров. Несмотря на то что химически эти формы идентичны, природа сделала строгий выбор: живые системы используют аминокислоты практически исключительно одной хиральности, а сахара — строго противоположной. Это явление, известное как гомохиральность, долгое время оставалось необъяснимым феноменом.
Электроны как «фильтр» хиральности
Авторы новой работы предложили нестандартное решение: причина кроется не в самих молекулах, а в динамике движения электронов внутри них. Когда электрон перемещается через хиральную молекулу, его спин — собственный квантовый момент импульса — взаимодействует со структурой молекулы несимметричным образом для каждой из зеркальных форм.
Иллюстрация: Nano Banana
Это приводит к тому, что транспорт электронов и их взаимодействие с магнитной средой протекают по-разному для двух энантиомеров, даже при условии, что их энергия абсолютно идентична. Ученые доказали, что подобные спин-зависимые эффекты создают небольшие, но измеримые различия в поведении молекул.
Влияние на эволюцию молекулярных систем
Хотя эти различия проявляются только в динамических процессах, а не в статических свойствах, они способны накапливаться со временем. Даже минимальное преимущество одной формы при взаимодействии с окружающей средой могло привести к глобальному доминированию именно этого изомера в ходе химической эволюции.
Это исследование меняет представление о том, как могла зародиться жизнь. Выясняется, что физические процессы — в частности, спиновые эффекты электронов — сыграли не менее важную роль, чем чисто химические реакции. Таким образом, нарушение симметрии в химии может быть гораздо более тонким и элегантным процессом, чем предполагала наука ранее.
