生命为何“左撇子”？揭秘科学家获2026年诺贝尔化学奖

手性分子具有两种互为镜像、但不能完全重合的形态，就像左手和右手。生物学中最神秘的现象之一，是生命体内的分子几乎只使用其中一种形态，这被称为同手性。

两种形态各自称为对映异构体。它们的物理性质相似，但行为可能不同。诺贝尔委员会用简单比喻解释：配钥匙师傅可以做两把互为镜像的钥匙，但只有一把能打开锁；如果顾客用另一把开锁，锁可能被损坏。

在以氨基酸或糖分子等手性分子为基础研发新药时，同手性会成为一个难题：一种对映异构体可能产生所需疗效，另一种却可能引起不必要、甚至有害的副作用。科学家并不总能轻松控制合成过程最终得到哪一种形态。

对应手性分子的认识可追溯到巴斯德。他发现两种对映异构体在接触细菌时反应差异很大。此后，许多研究者试图在实验室中复制同手性，以理解它在自然界中如何自发产生，并把这种认识用于设计可控化学反应。但早期实验往往得到两种形态等量混合的结果，无法重现自然选择。

二十世纪初，德国化学家维利·马克瓦尔德设计了一种不对称反应，能使某一种形态略微增多。他用的是手性催化剂，即一种促进反应、自身不被消耗，并更倾向于生成某一类对映异构体的物质。不过，两种形态之间的比例只有很小的改变。

1953年，理论物理学家查尔斯·弗兰克提出数学模型，指出复制同手性需要三个条件：一是必须有一个不对称反应，让某一种形态略占优势；二是这种优势必须被放大；三是反应本身要生成驱动反应的催化剂。第三个特征称为自催化，会形成正反馈循环：即使起初只有微小优势，也会让某一种形态以越来越快的速度生成，最终主导反应。

这一框架成为亨利·卡冈研究的基础。从八十年代初开始，他通过详细研究催化剂来改进不对称反应。当时科学家常用一类催化剂：一个金属原子提供反应驱动力，一种手性物质保证反应不对称。人们原本认为，如果把手性分子的两种形态等量混合，结果也会是等量混合。

卡冈质疑了这一想法。他意识到，金属原子可能不是只结合一种对映异构体，而是同时与两种形态发生作用。这样，混合A和B两种形态时，可能形成三种组合：A-A、B-B和B-A。前两种组合产生的分子互为镜像，但A-B组合在反应中可能行为不同。

他发现，A-B组合可以减慢反应，从而间接有利于生成最终分子的某一种形态。这一现象被称为非线性效应，为操控化学反应提供了新方式。西班牙SMC引述巴利亚多利德大学有机化学系教授何塞·玛丽亚·安德烈斯·加西亚的话说，非线性效应除实际应用外，也是研究反应机理和催化活性物种本质的重要工具。

受卡冈发现启发，Kensō Soai试图创造一种反应，其中产物本身充当催化剂，并帮助生成更多与自身相同的分子——这正是同手性理论条件之一。他用一种称为5-嘧啶基烷基醇的物质做实验。实验开始时，一种形态只比另一种多2%；反应结束时，优势扩大到87%。

此后多年，Kensō Soai继续追求接近绝对纯度、几乎只生成单一对映异构体的反应，以复制生命体内的分子状态。2003年，他设计了一种反应：起始物质没有确定取向，但在反应中偶然出现了一丁点某一形态的优势。随后，这一微小差异不断生成更多相同形态的分子，最终这种形态可占产物的99.99%。

换句话说，反应只生成了两种可能对映异构体中的一种。正如诺贝尔委员会所说，除了生命本身以外，此前没有人做到过这一点。本文最初发表于西语版WIRED，并由西班牙语翻译而来。