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已確定獲得2026年諾貝爾化學獎的日本東京理科大學名譽教授硤合憲三發現極為奇妙的化學反應「硤合反應」,震驚了科學界。這是除了生命本身之外,從未有任何其他事物實現過的反應。
構成我們身體的氨基酸具有奇妙的特性。自然界中,即使是相同化學式,也存在像鏡像一樣的「右旋型」和「左旋型」,而生物體所利用的幾乎全是左旋型。左旋型的氨基酸相互連接,形成蛋白質。這種無法像左右手那樣完全重合的分子被稱為「光學異構體」。
為什麼生命只選擇左旋型?硤合被這個謎題深深吸引。
硤合憲三在東京大學,隸屬於有機合成化學大師向山光昭教授的實驗室時期,一直致力於研究能優先生成右旋或左旋型中某一種的「不對稱反應」。然而,答案始終難以找到。為了實現僅生成其中一種的反應,日復一日地重覆進行實驗。
10月7日,硤合憲三在東京理科大學舉行的記者會上回顧道,「這項研究讓我感覺像在黑暗中打開頭上的燈摸索著前行」。
成為轉捩點的是關注到了生成物本身作為催化劑促進後續反應的「自催化反應」。或許是某些因素導致的微小偏差被不斷放大了。
想到若左旋分子更容易生成左旋分子,那麼即使最初差異很小,這種差別也應當會逐漸擴大。
經過反覆嘗試,最終找到了一種名為「嘧啶基烷醇」的分子。結果令人震驚。最初右旋旋和左旋型的比例幾乎各佔一半的分子,在反應中稍微多加入其中一種時,每次反應都會使數量較多的一種滾雪球式增長,最終是最初添加較多的那一種佔據多數。
1995年,該成果發表在國《自然》雜誌。這是世界上首次通過實驗表明,極微小的偏差能夠自我增強,最終形成壓倒性的差異。這一反應被稱為「硤合反應」,已成為探索「生命同手性」起源的代表性實驗模型。在普通的化學反應中,即使反覆進行反應,偏差的比例也幾乎不會改變。然而,在硤合反應中,最初微小的差異會不斷被放大。
例如,假設比賽開始時有100名觀眾,其中51人支援一方,49人支援另一方。如果具有多數派吸引更多同伴的機制,那麼微小的差距會逐漸擴大,最終導致整個群體完全傾向某一方。這項研究表明,這種現象在分子世界中也可能發生。
不僅是氨基酸,構成生命的各種物質如DNA和糖類等,大多只存在一種異構體。
19世紀的法國細菌學家巴斯德早已發現有機物晶體具有兩種不同的形態。雖然硤合反應無法直接解開生命的奧秘,但它為揭示生命起源之謎提供了重要線索。
在記者會上,硤合憲三表示「雖然自己説可能有些唐突,但即便獲獎,想必也不會有人提出異議」,調稱「能應用於實際當然最好,但基礎現象本身也具有價值」。
硤合憲三等人的發現也極大地激勵了從事藥品製造等有機化學領域的研究人員。在醫藥領域,光學異構體的差異有時會直接影響藥物的效果和副作用等性質。硤合反應已被應用於抗愛滋病病毒(HIV)藥物「依非韋倫」製造所需中間體的合成。


