生命分子竟会“选边站”？卡根与硖合宪三获2026年化学诺奖

生命分子竟会“选边站”？卡根与硖合宪三获2026年化学诺奖

两种互为镜像的分子，起初几乎各占一半。经过三轮反应，新生成的产物中，一种超过99.75%，另一种却不到0.25%。

怎样让一场几乎五五开的“较量”，变成如此悬殊的结局？这个实验触碰的，是一个更大的谜团：生命为什么会“偏心”？

人体制造蛋白质时，主要使用同一种“朝向”的氨基酸。它们的镜像版本也可以存在，却通常进不了这套建造体系。生命怎样形成了这份偏好，又如何把它保持下来？

10月7日，瑞典皇家科学院宣布，将2026年诺贝尔化学奖授予法国化学家亨利·卡根（Henri B. Kagan）和日本化学家硖合宪三（Kenso Soai），表彰他们发现“不对称有机合成中的非线性效应和自催化现象”。两人平分1200万瑞典克朗奖金。卡根为原巴黎南大学荣休教授，硖合宪三为东京理科大学名誉教授。

有选择地制造某一种镜像形式的分子，叫“不对称合成”。这次获奖的两项发现进一步表明：特定化学反应能把分子之间微小的左右差别放大；某些反应生成的分子，还能帮助制造更多与自己具有相同空间排列的分子。

那个从几乎五五开走向一边倒的实验，正是硖合团队的代表性成果。它让生命分子“选边”的一种可能机制，走出了纸面。但要还原远古地球上实际发生过什么，仍有很长的路。

分子也有“左右手”

先摊开自己的双手。

两只手都有五根手指，彼此互为镜像。可把它们转来转去，左手依然无法与右手完全重叠；一只右手手套，也很难贴合左手。

某些分子同样如此：原子种类相同，连接方式相同，空间排列却互为镜像，无法通过旋转变成同一个。这种特征叫“手性”。

图1：分子手性与同手性示意图。 展示L型与D型对映异构体，以及氨基酸的同手性现象。来源：瑞典皇家科学院（The Royal Swedish Academy of Sciences）/ Johan Jarnestad。

人体里的蛋白质有特定的立体形状，识别分子时也会挑“形状”。因此，一对镜像分子进入人体后，可能得到不同待遇：一种能与目标结合，另一种作用较弱，甚至出现不同的副作用。结果要看具体分子，不能一概而论。

这也是制药为什么要控制分子的“左右”：知道药物由哪些原子组成，只完成了一部分工作。还要尽量做出所需的空间排列。

而生命自身的选择更令人好奇。构成蛋白质的有手性氨基酸，主要采用称为L型的空间排列；遗传物质DNA中的糖，则采用D型。L和D是区分结构的名称，并不表示生命中的所有分子都“向左”。

许多化学反应没有这样的偏好，会同时生成两种镜像形式。生命凭什么形成了如此统一的选择？

卡根发现：一点偏好，可以被反应放大

化学家有一种常用办法：加入具有手性的催化剂，让反应偏向所需的那一边。催化剂像反应中的助推器，帮助反应发生，通常不作为原料被净消耗。

直觉上，催化剂里的左右比例决定了产物的左右比例。催化剂偏向某一边越明显，产物也应相应地更偏向这一边。

1986年，卡根与同事发现，这种关系有时会偏离简单的正比例：在一些反应中，产物的偏向比预期更强；另一些反应中，偏向却变弱了。

他们揭示的“非线性效应”，就像发现反应体系里藏着一套放大器——也可能是一套削弱偏好的装置。

关键在于，催化剂分子可能组合成不同的分子团。这些组合的活性不同，会改变整套反应的表现。少量另一种镜像形式混进来，造成的影响，可能远大于或小于它所占的比例。

这个发现给化学家多了一扇观察反应的窗口。设计催化剂时，要看它本身的结构，也要看它进入反应后怎样与其他分子共同作用。非线性效应后来成为研究催化反应机制的重要工具。

但若想解释生命最初的“选边”，还要回答：没有预先给出很强的偏好，反应能自己把微小优势放大吗？

硖合宪三的第一步突破，反而冲淡了优势

1953年，英国科学家弗雷德里克·弗兰克提出一种理论思路：如果一种镜像分子能帮助生成更多同类，而左右两边又会相互抑制，最初很小的优势就可能不断扩大。

其中的“自催化”可以这样理解：反应生成的产物，反过来又能催促同一种反应继续进行。

不过，这种循环仍需要原料。分子不会凭空复制自己。

1990年，硖合宪三与同事实现了不对称自催化。他们让产物帮助生成更多具有相同空间排列的分子，却遇到一种相反的结果：左右差别越做越小。

早期实验里，用于制备催化剂的分子，两种镜像形式的比例相差86个百分点；得到的产物，这个差值却降到了35个百分点。

反应也制造出了相当数量的另一边。起点已有的明显优势，被稀释了。

1995年，团队找到了新的反应体系，终于把自催化与左右差异的放大结合起来。它后来被称为“硖合反应”：产物参与下一轮催化，帮助新加入的原料变成更多同类分子，优势可以继续扩大。

八年后，团队进一步展示了这套机制的威力。

三轮反应，把几乎五五开变成一边倒

2003年的实验从一种近乎完美平衡的催化剂出发：左右两种镜像形式的比例差，只有约0.00005个百分点。

研究人员让反应连续进行三轮，左右比例差最终超过99.5个百分点。

换成更容易理解的说法：占优势的一种超过99.75%，另一种不到0.25%。这里说的是产物中两种镜像形式的组成比例，不能把它读成“反应产率超过99.75%”。

图2：Soai反应及其自增强过程示意图。 展示手性催化剂的自我形成与放大过程，以及反应经过多轮循环后手性纯度不断提高。来源：瑞典皇家科学院（The Royal Swedish Academy of Sciences）/ Johan Jarnestad。

这一结果回答了一个关键问题：起点的偏向很弱，也有可能形成高度统一的结局。决定结果的，既有起点的差别，也有反应体系放大差别的能力。

反应还能在没有预先加入手性物质时自行“选边”。在另一组37次实验中，团队观察到18次偏向一种镜像形式，19次偏向另一种。各次实验的左右比例差在15至91个百分点之间。

相比前述三轮实验，这组实验的条件和结果都有不同。它显示，微观的随机波动能够在特定反应中被放大，但反应不会次次都选同一边。

于是，生命之谜也被拆成了两个问题：怎样让一边占据优势？为什么地球生命恰好选择了今天这一边？硖合反应为前一个问题提供了实验模型，后一个仍待解释。

诺奖奖励的突破，尚未写完生命起源的故事

硖合反应的重要之处，是把一个理论可能性变成了可研究、可重复的实验。研究者可以改变条件、测量结果，比较不同的解释。

但这套反应的试剂与条件，与生命起源研究常讨论的水环境有重要区别。它证明了一种放大机制能够工作，不能直接说明远古海洋曾发生过同样的反应。

最初的偏向来自哪里？偏向怎样传递给氨基酸、糖等生命构件？这些构件又如何组成相互配合的化学网络？中间仍缺少不少连接。

硖合反应自身的内部机制，也经历了长期研究。看见一种反应能做到什么，与完整理解它为什么能做到，往往相隔多年。

这份诺奖有两层价值。卡根的工作让化学家更好地理解、预测和控制催化反应，关联着药物与精细化学品研发；硖合宪三的工作则提供了一套具体的实验模型，用来追问生命分子的统一“朝向”如何形成。硖合反应的核心价值，目前在于基础研究中的原理验证。

两条研究线索指向同一个启示：微小的差别能否决定结局，取决于它进入了怎样的体系。在一种反应中，优势会逐渐消失；在另一种反应中，它会越滚越大。

生命分子为什么会“选边站”，还没有完整答案。如今，科学家至少可以在实验室里追问：那份最初微不足道的偏好，怎样一步步变得难以撼动。

参考资料

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