生命分子的镜像谜题有了答案 百年科学难题终获解

  北京时间10月7日17时45分许,瑞典皇家科学院宣布将2026年诺贝尔化学奖授予法国科学家亨利·卡根和日本科学家硖合宪三,表彰他们在不对称有机合成中发现非线性效应和自催化现象,解答了“同手性如何自发出现”这一百年谜题。华中科技大学化学与化工学院钟芳锐教授对此进行了详细解释。

  

  钟芳锐用一个简单的比方来解释“手性”:伸出双手,掌心相对,左手和右手看起来很像,但永远无法完美叠合。化学中也存在这样一类分子,组成完全相同,却像左右手一样互为镜像、无法重叠。这两种镜像分子分别被称为“左手型”和“右手型”。生命对“左手”和“右手”有着近乎偏执的选择,构成蛋白质的氨基酸几乎全是“左手型”的,而组成DNA和RNA的糖全是“右手型”。这种生命体只使用单一镜像分子的现象称为“同手性”。实验室里用普通方法合成这些分子时,得到的往往是左右各一半的混合物。这个矛盾困惑了科学家一百多年:既然化学反应一视同仁地产生两种镜像分子,那生命为什么偏偏只选中了其中一种?

  

  卡根的贡献在于发现了“非线性效应”。以前化学家默认一个简单规则:催化剂的手性纯度是80%,产物的手性纯度也差不多是80%。但卡根在1986年发现,在某些催化体系中,即使催化剂本身的手性纯度很低,产物的手性纯度却可以远远高于催化剂。微小的镜像偏差被“放大”了,这就是非线性效应。它打破了化学界的线性思维:原来不需要极其纯净的手性催化剂,反应本身就能帮你“纠偏”。