跳动城乡网氨基酸和糖等生物分子以两种镜像形式存在——然而，在所有生物体中，只发现了一种。为什么会出现这种情况目前还不清楚。德国Empa和于利希研究中心的研究人员现在发现了证据，表明电场和磁场之间的相互作用可能是这种现象的根源。
所谓的生命同手性——生物体中的所有生物分子仅以两种镜像形式之一出现这一事实——让许多科学名人感到困惑，从分子手性的发现者路易斯·巴斯德到威廉·汤姆森。开尔文勋爵)和诺贝尔奖得主皮埃尔·居里。
仍然缺乏结论性的解释，因为两种形式具有相同的化学稳定性，并且其物理化学性质彼此没有差异。然而，电场和磁场之间的相互作用可以解释对分子的一种或另一种镜像形式(所谓的对映异构体)的偏好很早就出现了。
然而，直到几年前，第一个间接证据才出现，表明这些力场的各种组合确实可以“区分”分子的两个镜像。这是通过研究手性分子与金属表面的相互作用来实现的，金属表面在短距离内表现出强电场。
因此，铁、钴或镍等磁性金属的表面允许电场和磁场以各种方式结合——磁化方向简单地颠倒过来，从“北上——南下”到“南上——北下”。
如果磁场和电场之间的相互作用实际上触发了“对映选择性”效应，那么手性分子和磁性表面之间的相互作用强度也应该有所不同，例如，取决于是右手分子还是左手分子“定居”在表面。
镜像更喜欢相反的磁场
事实确实如此，由Empa表面科学和涂层技术实验室的Karl-HeinzErnst领导的研究小组和德国于利希研究中心PeterGrünberg研究所的同事在《先进材料》杂志上报道称。
然后，他们再次使用扫描隧道显微镜“简单地”计算了不同磁化钴岛上的右手和左手螺旋烯分子的数量，总共近800个分子。你瞧：根据磁场的方向，一种或另一种形式的螺旋烯螺旋优先沉降。
此外，实验表明，选择(对一种或另一种对映体的偏好)不仅发生在钴岛结合期间，而且事先就已经发生了。
在分子在其中一个钴岛上占据最终(首选)位置之前，它们会以明显较弱的结合前体状态在铜表面上长距离迁移，以“搜索”理想位置。它们仅通过所谓的范德华力束缚在表面上。这些仅仅是由原子和分子的电子层波动引起的，因此相对较弱。事实上，甚至这些也受到磁性的影响，即电子的旋转方向(自旋)，但迄今为止尚不清楚。
自旋“错误”的电子被滤除
使用扫描隧道显微镜，研究人员还能够解开另一个谜团，正如他们在2023年11月的《Small》杂志上报道的那样。电子传输(即电流)也取决于分子旋向性和表面磁化的组合。
根据结合分子的旋向性，具有一个自旋方向的电子优先流过或“隧道”穿过分子，这意味着具有“错误”自旋方向的电子被滤除。这种手性诱导的自旋选择性已经在早期的研究中被观察到，但目前尚不清楚是否需要一组分子，或者单个分子是否也表现出这种效应。
恩斯特和他的同事现在已经能够证明单个螺旋烯分子也表现出CISS效应。“但是其背后的物理原理仍然不为人所知，”恩斯特承认。
Empa研究人员还认为，他的发现最终无法完全回答生命手性的问题。换句话说，这个问题被诺贝尔化学奖获得者、联邦理工学院化学家弗拉基米尔·普雷洛格(VladimirPrelog)在1975年的诺贝尔奖演讲中描述为“分子神学的首要问题之一”。
但恩斯特可以想象，在某些表面催化的化学反应中——比如那些可能在早期地球的化学“原始汤”中发生的化学反应——电场和磁场的某种组合可能会导致一种物质的稳定积累。各种生物分子的形式或另一种——从而最终导致生命的左右手性。
