|
Что могло формировать строительные блоки жизни
|
|
|
|
В ходе нового открытия исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме и Научного института Вейцмана обнаружили, что направление магнитного поля может влиять на поведение молекул жизни на самом фундаментальном уровне и на то, как развивались ранние химические процессы, связанные с жизнью.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное в журнале Chem и проведенное под руководством проф. Йоси Палтиэль (Еврейский университет) и проф. Михал Шарон (Институт Вейцмана) показывает, что крошечные различия между атомами (различными изотопами) могут привести к измеримым изменениям в поведении молекул в сочетании с невидимым квантовым свойством, известным как спин электрона. Разделение различных изотопов может быть достигнуто с помощью магнитных поверхностей.
|
|
|
|
В центре внимания находится L-метионин, аминокислота, основной строительный элемент жизни. Как и другие биологические молекулы, метионин обладает специфической "направленностью", то есть он существует в форме, которая не идентична его зеркальному отражению. Это свойство, называемое хиральностью, остается загадкой: почему природа предпочла одну "руку" другой?
|
|
|
|
Теперь результаты работы команды предполагают, что магнетизм и спин электронов, возможно, сыграли свою роль.
|
|
|
|
Чтобы проверить эту идею, исследователи провели умный эксперимент. Они пропустили раствор молекул метионина через фильтр, в который были встроены микроскопические магнитные частицы. Некоторые молекулы были немного тяжелее других и содержали редкую форму углерода (13С вместо более распространенного 12С).
|
|
|
|
|
|
|
Когда молекулы проникли внутрь, произошло нечто неожиданное.
|
|
|
|
В зависимости от направления намагниченности, более тяжелые и более легкие версии метионина вели себя по-разному. В некоторых случаях более тяжелые молекулы задерживались, в то время как более легкие проходили быстрее. Затем, на более позднем этапе, картина изменилась, как будто молекулы были временно "захвачены", а затем высвобождены.
|
|
|
|
Эти эффекты не были случайными. Они были постоянными, измеримыми и напрямую связаны с магнитной ориентацией.
|
|
Спин, хиральность и поведение изотопов
|
|
|
|
Так что же происходит?
|
|
|
|
Ответ кроется в тонком квантовом свойстве: вращении электронов и ядер. Частицы ведут себя как крошечные волчки, и их "направление вращения" может влиять на то, как они взаимодействуют с материалами, особенно если эти материалы магнитные.
|
|
|
|
Известно, что хиральные молекулы, такие как метионин, особым образом взаимодействуют со спином электронов - явление, называемое хирально-индуцированной спиновой селективностью (CISS). Это означает, что форма молекулы может "фильтровать" электроны на основе их спина.
|
|
|
|
Это новое исследование показывает, что тот же эффект может распространяться на атомы изотопов, которые лишь незначительно отличаются по массе и спину ядра. Другими словами, спин и магнетизм могут влиять не только на то, как молекулы реагируют, но и на то, какие версии этих молекул предпочтительнее.
|
|
В целом это может иметь значение для происхождения жизни
|
|
|
|
На первый взгляд, разделение слегка более тяжелых и легких атомов может показаться обычным лабораторным трюком. Но изотопы имеют глубокое значение в науке, они подобны химическим отпечаткам пальцев, помогающим исследователям проследить происхождение молекул и понять, как возникла жизнь. Открытие также может быть связано с различной концентрацией изотопов в живой природе.
|
|
|
|
"Эта работа представляет spin как нового игрока в химии изотопов", - объясняют исследователи.
|
|
|
|
Это имеет глубокие последствия. Если магнитные поля, подобные тем, что были обнаружены на ранней Земле, могли влиять на поведение молекул таким образом, они могли бы помочь сформировать химические пути, которые привели к возникновению жизни.
|
|
|
|
Это также позволяет по-новому взглянуть на один из вопросов биологии: почему жизнь выбрала единственную молекулярную "управляемость".
|
|
Технологии будущего и квантовая биология
|
|
|
|
Это открытие не просто оглядывает прошлое, оно указывает вперед.
|
|
|
|
Понимание того, как взаимодействуют спин, магнетизм и молекулярная структура, может открыть новые двери в науке:
|
|
|
|
- Технологии разделения изотопов
|
|
- Разработка передовых материалов
|
|
- Аналитическая химия
|
|
- И даже квантовая биология, развивающаяся область, изучающая, как квантовые эффекты влияют на живые системы
|
|
|
|
В итоге исследование выявило нечто простое и в то же время глубокое: даже в самых малых масштабах направление имеет значение.
|
|
|
|
Магнит, направленный на север или юг, может изменить движение, взаимодействие и разделение молекул. И эти крошечные различия могут содержать ключ к разгадке самого происхождения жизни.
|
|
|
|
Источник
|
