Все живое на Земле предпочитает строить белки исключительно из «левых» аминокислот, а ДНК — из «правых» сахаров. Десятилетиями ученые ломали голову над тем, как возникла эта молекулярная монополия, ведь обычная химия всегда выдает честные 50/50. Новое исследование показывает, что всё дело в квантовом спине электрона: именно он подарил одной из молекулярных форм крошечное преимущество, которое за миллиарды лет эволюции уничтожило всех конкурентов.
Если вы когда-нибудь спросонья пытались натянуть левую перчатку на правую руку, вы на практике познали, что такое хиральность (от древнегреческого χειρ — «рука»). Многие молекулы во Вселенной существуют в двух версиях: они состоят из абсолютно одинаковых атомов, но представляют собой зеркальные отражения друг друга (энантиомеры).
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Когда химики синтезируют такие молекулы в лаборатории, у них всегда получается «рацемическая смесь»: ровно 50% левых и 50% правых молекул. Никакой дискриминации. Но биология — жестокий монополист. Вся известная нам жизнь почему-то выбрала строго определенные детали: левовращающие (L) аминокислоты и правовращающие (D) сахара.
Долгое время биологи пожимали плечами и списывали это на историческую случайность ранней эволюции — мол, «кто первый в первичном бульоне встал, того и тапки». Но квантовые физики никогда не любили такие объяснения.
В материале, опубликованном 22 апреля 2026 года в Science Advances. Команда под руководством профессора Йосси Палтиэля из Еврейского университета в Иерусалиме и профессора Рона Наамана из Института Вейцмана нашла физический механизм этого явления. И имя ему — спин электрона.
Спин — это фундаментальное квантовое свойство частицы. Если максимально упростить, это направление ее вращения вокруг своей оси.
Палтиэль и Нааман — пионеры в изучении эффекта CISS (хирально-индуцированная спиновая селективность). Суть его в том, что хиральная (закрученная) молекула работает как строгий вышибала для электронов.
Представьте себе винтовую лестницу. Если вы бросаете в нее крутящийся мячик, то его прохождение будет зависеть от того, совпадает ли направление его вращения с закрученностью самой лестницы. Если совпадает — он проскользнет легко. Если нет — будет постоянно биться о стенки, теряя энергию. Молекулы делают то же самое с электронами.
В новом эксперименте физики пошли дальше и посмотрели, как этот эффект ведет себя в динамике — например, при переносе заряда или в ходе химических реакций (ведь жизнь — это бесконечная химическая вечеринка, а не статичный музей).
Выяснилось, что когда электроны проходят через зеркальные формы молекул, их спин взаимодействует с молекулярной структурой неидеально симметрично. Возникает крошечная спиновая поляризация. В результате одна из «рук» молекулы начинает пропускать электроны чуть эффективнее и реагировать чуточку быстрее, чем её зеркальный двойник.
В статике левые и правые молекулы абсолютно равны. Но как только через них начинает течь ток или энергия, симметрия ломается. На заре формирования жизни это микроскопическое преимущество сработало как сложный процент на банковском вкладе. Поначалу перевес в сотые доли процента незаметен, но на масштабе миллионов лет непрерывных реакций крошечная фора неизбежно приводит к тотальному доминированию одной формы над другой.
Но в любом случае важно понимать следующее:
- Это не машина времени. Исследователи не доказали, что жизнь на Земле 4
миллиарда лет назад зародилась именно так. Они лишь продемонстрировали
надежный механизм, доказывающий, что выбор химической «левизны» был
физически закономерным, а не слепым броском кубика. - Искусственная среда. Эксперименты проводились в лаборатории на искусственно
созданных хиральных средах, а не на живых клетках или в грязевых вулканах.
Мы привыкли думать о биологии как о макроскопической науке: деление клеток, двойная спираль ДНК, естественный отбор. Но работа израильских физиков — это еще одно изящное напоминание о том, что биология глубоко укоренена в странностях квантового мира. То, что мы с вами состоим из «левых» деталей, продиктовано тем, как крошечные электроны крутились на своих квантовых винтовых лестницах миллиарды лет назад.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
Читайте также: Наука, стоящая за самыми странными биологическими явлениями
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.