Вчені знайшли квантовий фільтр, який міг вплинути на зародження життя на Землі

Напрямок магнітного поля здатний змінювати поведінку молекул, з яких будується живе. До такого висновку дійшли дослідники з Єврейського університету в Єрусалимі та Інституту Вейцмана. Їхня стаття, опублікована в журналі Chem, поєднує на перший погляд далекі одне від одного явища: амінокислоти, ізотопи, магнітні поверхні та квантову властивість електронів — спін.

Об’єктом експерименту стала L‑метіонін — одна з амінокислот, що входять до складу білків. Як і більшість біологічних молекул, метіонін є хіральним: він існує у двох дзеркальних формах, які не можна суміщити. Жива природа майже завжди використовує лише одну з них, і питання про причини такої асиметрії залишається відкритим уже десятиліттями.

Група під керівництвом професора Йосі Палтіеля та професора Міхаль Шарон пропускала розчин метіоніну крізь фільтр із мікроскопічними магнітними частинками. Частина молекул містила звичайний вуглець ¹²C, частина — рідкісний ізотоп ¹³C і була трохи важчою. Фільтр повів себе несподівано: залежно від орієнтації намагніченості важчі молекули або затримувалися сильніше, або, навпаки, проходили повільніше за легші. Ефект відтворювався стабільно і визначався саме напрямком поля, а не випадковими коливаннями в розчині.

Дослідники пов’язують явище з механізмом хірально-індукованої спінової селективності — CISS. Спін електронів і ядер взаємодіє з формою хіральної молекули, а ізотопи з різною масою мають різні спінові характеристики ядра. Саме ця різниця, як показав експеримент, виявляється достатньою для того, щоб магнітна поверхня розрізняла молекули за ізотопним складом.

Різниця між ¹²C і ¹³C виглядає мізерною, але ізотопи — це хімічні відбитки пальців: за їхнім співвідношенням учені відновлюють походження речовин, стародавні реакції та сліди біологічних процесів. Якщо магнітні поверхні на ранній Землі справді могли змінювати ізотопний баланс і поведінку хіральних молекул, різні ділянки планети з різним локальним магнітним середовищем створювали б неоднакові хімічні умови для виникнення життя.

Автори обережно припускають, що спін міг відіграти роль у добіологічній хімії — визначати, які молекули затримуються на поверхнях, які рухаються далі й беруть участь у наступних реакціях. Робота не пояснює походження життя і не закриває питання про молекулярну асиметрію природи, але додає до старої загадки новий фізичний механізм.

Практичне значення відкриття також може виявитися вагомим. Глибше розуміння зв’язку між спіном, хіральністю та ізотопами відкриває перспективи для розділення ізотопів, розробки нових матеріалів, аналітичної хімії та квантової біології. На молекулярному рівні напрямок справді має значення — і ця деталь більше не виглядає дрібницею.