Квантовый ключ к тайне жизни

У химии есть необъяснимое предпочтение. Молекулы, на которых построена жизнь — аминокислоты и сахара — существуют в двух зеркальных формах. Они отличаются друг от друга так же, как левая перчатка от правой. Химически они почти идентичны. Но жизнь упрямо выбирает одну руку: аминокислоты почти всегда левые, сахара — правые. Этот феномен называется гомохиральностью. И вот уже больше ста лет никто не может объяснить, почему.

Новое исследование учёных из Еврейского университета в Иерусалиме и Института Вейцмана предлагает ответ, лежащий на стыке квантовой физики и биологии. Ключ, как ни странно, может находиться в спине электрона — тонкой квантовой характеристике, которая делает каждый электрон крошечным магнитом.

Когда электроны движутся через молекулы, их спин взаимодействует со структурой этих молекул. И здесь обнаруживается странность: для двух зеркальных молекул это взаимодействие не является идеально симметричным. Различия, которые не видны, пока молекулы неподвижны, проявляются в процессе движения. Одна форма молекулы может генерировать иную степень спиновой поляризации, чем её зеркальное отражение. А значит, и участвовать в физических и химических процессах эти две формы могут с разной эффективностью.

Это противоречит устоявшемуся предположению, что зеркальные молекулы ведут себя одинаково, лишь с противоположным знаком. Исследование объединяет теорию, эксперименты и сложные вычисления, чтобы проследить этот дисбаланс до того, как выстраиваются спины электронов внутри каждой молекулярной структуры.

Энергетически обе формы остаются равнозначными. Но в динамике — при переносе электронов, при химических реакциях, при взаимодействии с магнитным окружением — их поведение перестаёт быть зеркальным.

Теперь представьте миллионы лет. Если одна из двух форм пусть и на ничтожную долю, но последовательно оказывается более эффективной в определённых процессах, этого достаточно. Достаточно, чтобы крошечное преимущество повторялось снова и снова, накапливалось, закреплялось. И в конечном счёте привело к тому, что мы видим сегодня: жизнь, которая пользуется только одной молекулярной рукой, словно игнорируя существование другой.

Сто лет назад учёные искали объяснение в химии. Не нашли. Исследователи из Израиля предлагают сдвинуть фокус в область квантовой физики. Возможно, предпочтение левой перчатки правой зародилось не в пробирке и не в первичном бульоне, а на уровне поведения электронов.

Вопрос, на который пока нет ответа: насколько глубока связь между квантовыми свойствами электронов и самой возможностью возникновения жизни? И не является ли наша рука — левая, пишущая, творящая — следствием того, что три с половиной миллиарда лет назад какой-то электрон выбрал сторону?