中青报·中青网记者张渺

　　有些化学反应会生成两种互为镜像的分子。几十年来，研究人员一直知道，理论上可以设计出只造出其中“一只手”的反应，但究竟该怎么做，始终无人知晓。

　　法国科学家亨利·B·卡根（Henri B. Kagan）和日本科学家硖合宪三（Kenso Soai）解开了这个谜题，因此获得2026年诺贝尔化学奖。对靠设计反应来制造药物的化学家来说，这两人的发现太重要了。

2026年诺贝尔化学奖揭晓。诺贝尔奖官网供图

　　生命为什么只用“一只手”

　　想象你是个配钥匙的锁匠，每次做钥匙，都会同时做出两把互为镜像的钥匙。只有一把能开锁，另一把不但开不了，还可能把锁捅坏。更要命的是，两把钥匙长得太像，根本分不清，只能一起交给顾客。

　　化学家研发新药时，面临着类似的挑战。很多药物分子都有两个互为镜像的版本：一种具有治疗作用，另一种则可能导致不必要的、有时甚至有害的副作用。而在生命体内，情况截然不同——构成蛋白质的基本单位氨基酸，就像人的两只手，绝大多数都有左右两个版本，但细胞里的蛋白质只用其中一个，另一个在自然界中几乎找不到；构成DNA的糖分子也一样，明明有两个版本，生命只用了一个。生命分子这种“只用一只手”的特征，化学家称为同手性（homochirality），这个词源自希腊语中的“相同”和“手”。

　　问题来了：生命的“一只手”到底是怎么来的？化学家试过无数次，可只要在实验室里合成手性分子（指与其镜像不能完全重合的分子——记者注），试管里得到的永远是左右各一半。为什么生命体内的氨基酸，只肯用其中一种？

　　2026年诺贝尔化学奖源自一条漫长的思想链条，第一环要追溯到19世纪中叶，主角是路易·巴斯德（Louis Pasteur）。他所研究的酒石酸，是葡萄酒生产中一种十分重要的物质。当时，一位同行告诉他一件怪事：酒石酸有时会让偏振光向右偏转，有时却对偏振光毫无影响。巴斯德由此产生了兴趣。他培养出酒石酸晶体，在显微镜下发现晶体有两种形状，互为镜像。他用镊子把两种晶体一粒粒分开，分别溶成两杯液体，再让偏振光穿过去：一杯让光向右偏，另一杯让光向左偏，而把两杯倒在一起，光就不偏了。

　　这个实验第一次告诉化学家，有些分子是分左右的。后来，这类分子被称为手性分子，互为镜像的两个版本叫作“对映体”。

　　1857年，巴斯德用细菌发酵酒石酸的两种对映体时，发现细菌只吃掉了葡萄里那种“让光右转”的版本，对镜像版本碰都不碰。“生命化学具有手性偏好”——这一概念由此初现。后来的研究者去查生命的基础构件，发现规律惊人地一致：构成蛋白质的氨基酸几乎清一色是“左手”（L型）版本，而DNA里的糖恰好相反，几乎全是“右手”（D型）版本。

　　生命诞生之初到底发生了什么，让生命的化学变成“单手”的？当时有些化学家断言，手性是生命的专利，人工做不出来。20世纪初，德国化学家威利·马克瓦尔德（Willy Marckwald）打破了这个说法，完成了首个成功的不对称反应——产物里两个对映体不再是五五开，其中一种略多于另一种。秘诀是催化剂，而催化剂本身是手性的，所以它更“偏爱”造出某一只手。差距非常小，但“能造出差距”本身就是突破。

　　思想链条上的下一环来自理论物理学家查尔斯·弗兰克（Charles Frank）。1953年，他在论文的引言里写道：有同行说，化学家至今没弄明白生命的不对称是怎么来的，要是有个数学解答就好了。于是弗兰克给出了一个模型，列出三个必须同时满足的条件：要有手性催化剂，且反应是不对称的；一只手的生成被加强，另一只手的生成被压制；反应自己能造出这个催化剂，这叫自催化，会形成“滚雪球”效应，让某一只手的数量呈指数级增长。

　　同时满足三项条件的化学反应，就有可能导向同手性。第一条，马克瓦尔德在20世纪初就做到了。而直到很久以后，研究人员才得以设计出具有显著不对称性的化学反应，其中的先驱者分别获得了2001年和2021年诺贝尔化学奖。

　　今年的诺贝尔化学奖，表彰的是把剩下两项条件变成现实的人。

　　一个强化不对称，一个解开谜题

　　20世纪80年代，卡根是众多想改进不对称反应的化学家之一。他的目标是让对映体尽可能纯。

　　这件事有多重要？20世纪60年代初，镇静剂沙利度胺（商品名“反应停”）导致数千名新生儿出生缺陷，主流观点认为，闯祸的是那个“镜像版本”。

　　当时的催化剂通常由两部分组成：一个金属原子充当反应的“发动机”，一个手性物质保证反应具有不对称性。既然想要纯的产物，化学家自然就用纯的催化剂。而且他们默认，催化剂里左右各占多少，产物里就左右各占多少。换言之，他们相信催化剂的手性会传递给产物，两者之间存在线性关系。

　　卡根偏要问一句：真是这样吗？当时没人真正搞清催化剂是怎么工作的——金属原子通常会同时抓住好几个分子，很可能一次抓住两个手性分子。这样一来，把左右两种对映体混在一起，催化剂就有三种形态：“右-右”“左-右”“左-左”。右-右型和左-左型会分别造出互为镜像的产物，可左-右型又会怎么表现？

　　沿着这一推理，卡根亮出了一张出人意料的“王牌”。当他用不同配比的催化剂做实验，再把结果画成图时，得到的不是一条直线，而是一条曲线——那个“拖后腿”的“左-右”组合，催化效率远低于另外两种。

　　这意味着卡根找到了强化某一对映体生成的方法，满足了弗兰克模型中的第二项条件。1986年，他一口气报告了三个不对称反应的例子，都呈现非线性效应。

　　这是一次历史性的突破，此后许多化学家开始探索这一新现象，硖合宪三便是其中之一。他研究的是一个具有显著非线性效应的不对称化学反应。有一天，他盯着催化剂和产物的结构，发现两者长得颇为相似。

　　一个念头冒了出来：能不能让产物自己当催化剂？自催化反应当时已有先例，但没有一个是不对称的。硖合宪三逐一试验了大量分子，终于找到了一个能“自我复制”的手性分子——5-嘧啶基烷醇（5-pyrimidyl alkanol）。1995年，他公布了这项实验：从5-嘧啶基烷醇的一种对映体过量2%开始，最终得到了87%的过量。

　　该反应具有自我增强效应，满足了弗兰克的全部条件。但87%还不够，生命要的是接近百分之百。硖合宪三又找了八年，2003年终于拿出了那个终极反应——这是自生命诞生以来，第一次有人在非手性的分子组合中创造出手性。

　　硖合反应被认为是有史以来最精巧的化学实验之一。反应开始时，左右两个版本都会生成，纯粹靠运气，某一个会多那么一丁点；可就是这一丁点，足够让它吞下整个反应，最终占到产物的99.99%。重做一遍，占上风的也可能是另一个版本——最后得到哪只手，取决于反应刚开始那一瞬间的随机涨落。

　　硖合反应是人工的，跟生命体内的化学不是一回事，但它重新点燃了研究生命起源的化学家的热情。如今，世界各地的研究者都在试着制备同手性的氨基酸和糖。

　　至于卡根发现的非线性效应，已经成为化学家设计新反应时的常规工具。一个反应是否“非线性”，本身就在透露它的反应机理。知道了机理就能优化条件，拿到尽可能纯的产物。这对药物、香精香料、农药等“与生命体打交道”的行业性命攸关，对新材料领域同样重要。

　　如今，卡根与硖合荣获2026年诺贝尔化学奖。得益于他们的发现，化学家手里多了新工具，但意义不止于此。

　　科学家终于有望回答那个老问题：生命为什么只肯用其中一只手？