2026諾貝爾獎 【2026 諾貝爾獎解讀·化學獎】一把鑷子挑開的百年謎案：分子為甚麼分左右手，生命為甚麼選左旋

1848年的巴黎，法蘭西學院的一間實驗室裏 有個26歲的年輕人正在幹一件讓所有路過的人都搖頭的事 他叫巴斯德，就是後來搞出巴氏消毒法 被寫進全世界牛奶盒子的那位 不過當時的他還只是個剛出道的化學小透明 而他正在做的是用今天的話說叫純純的手工分解 他把一種鹽泡成溶液，等它結出晶體 然後舉着放大鏡，捏着一把鑷子，一粒一粒地看 把晶體分成兩堆 這事兒得從頭說起 當時市面上有一種很常見的物質叫酒石酸 就是釀葡萄酒的時候酒桶底下結的那層渣 酒石酸有個絕活 它能讓一束偏振光發生旋轉 光從它的溶液裏穿過去 出來的時候就歪了一個角度 這事兒本身不稀奇 稀奇的是另一種叫副酒石酸的東西 它和酒石酸的化學成分一模一樣 儀器根本測不出區別 可它就是死活不讓光旋轉 一個轉光，一個不轉 這個幽靈問題折磨了化學界很多年 巴斯德的突破口來自一個極其無聊的觀察 他盯着副酒石酸鹽的晶體看久了 發現晶體表面有一種不對稱的小切面 而且這些小切面分兩種 一種往左歪一種往右歪 就像一個人的左臉和右臉 一個大膽的念頭冒出來 會不會這兩堆晶體根本就是互為鏡像的兩種東西 於是就有了開頭那一幕 他花了整整一天 用鑷子把朝左歪的和朝右歪的晶體一粒一粒分開 左邊一小堆右邊一小堆 然後他分別把兩堆晶體溶掉 拿偏振光一照 左堆讓光往左轉 右堆讓光往右轉 再把兩堆倒在一起攪勻 光又不轉了 謎底就這麼被一把鑷子解開了 酒石酸之所以不轉光 是因為它根本不是什麼新物質 而是兩種鏡像分子的50比50混合液 左旋和右旋互相抵消了 據說測出結果的那一刻 巴斯德激動的直接衝出實驗室 抱住迎面碰到的人說自己做出了大發現 他無意中撞開的 是分子世界最深的一道暗門 這道暗門後面的東西 幾十年後纔有了正式名字 1893年 開爾文勳爵給它起了個名 叫手性 詞源是希臘語裏的手 起名的思路突出一個簡單粗暴 因爲人的雙手就是全宇宙最現成的例子 你現在就可以自己驗證一下 把左手和右手掌心朝下放在桌上 它們長得一模一樣 五根手指一根不少 但你試試把右手套往左手上戴 大拇指立刻跑到小拇指那邊去了 怎麼塞都不對 左手和右手互爲鏡像 卻永遠無法完全重合 這就是手性 手套分左右，鞋分左右 螺絲的螺紋有旋向 這些東西分錯了頂多是難受 可一旦分左右的不是物件而是分子 事情就開始不講道理了 舉個你能聞到的例子 檸檬烯，一種特別常見的香料分子 它的左手型聞起來是橙子味 右手型聞起來是檸檬味 還有一個更絕的，香芹酮 一隻手是你牙膏裏的留蘭香味 另一隻手是廚房裏葛縷子的調料味 原子一模一樣，連接順序一模一樣 唯一的區別就是左右手，你的鼻子卻能一口分辨出來 因爲你的鼻子你的眼睛 你全身上下所有的受體和酶本身就是手性的 這就好比門鎖是分左右的 左手鑰匙開左手鎖，右手鑰匙來了，插都插不進去 你的身體巧到什麼程度呢 組成全身蛋白質的氨基酸 幾乎清一色是左手型 你血液裏流淌的葡萄糖 清一色是右手型 不光是你 從大腸桿菌到你家樓下那棵梧桐樹 整個地球生命在這件事上整齊劃一 就像全世界約好了只用一種手寫字 科學家給這種現象起了個名字 同手性 這帶來一個極其要命的問題 分子分左右，身體只認一邊 認對了是藥，認錯了是什麼？ 上世紀50年代末 德國人給出了人類歷史上最慘痛的答案 當時有一家藥廠推出了一種新藥，叫反應停 主打孕婦止吐，而且宣傳它安全到幾乎毒不死人 這藥一上市就成了爆款 賣到全世界幾十個國家 孕婦們終於不用抱著馬桶過日子了 然後噩夢來了 從50年代末開始 歐洲各地陸續出現畸形的嬰兒 四肢短小的像海豹的鰭 短短幾年這樣的孩子出生了超過一萬名 調查最終指向反應停 而真相讓所有人倒吸一口涼氣 這種藥裡其實有兩種分子 互為鏡像的左手和右手 其中一隻手確實是溫和的鎮靜劑 而另一隻手是強力的致畸劑 同一個分子是同一種藥片 左手救人右手毀人 這是人類醫藥史上最黑暗的一頁 他用最殘酷的方式告訴整個化學界一件事 分子的左右手不是文字遊戲是生死題 後來的規矩都是拿命換的 1992年美國藥監局強制要求 手性藥物必須分開研究兩種構型 到2007年 市面上超過八成的小分子藥物已經是單一構型 那麼問題來了 怎麼才能保證造出來的分子只有一隻手 你可能會說，學巴斯德唄，先隨便造 造完拿鑷子分 這辦法叫拆分 但毛病一眼就能看到 兩種分子各一半 你要左手右手那一半就是純浪費 而且絕大多數分子根本沒有小切面可分 巴斯德那招對付酒石酸好使 換個分子立刻抓瞎 所以化學家真正想要的 是從源頭就只長一隻手 這叫不對稱合成 20世紀初 德國化學家馬克·瓦爾德做出了史上第一次嘗試 他借了一種天然手性生物鹼當模板 硬是讓產物裏一隻手多出了10% 量不大，但證明了一件事 分子的手是可以被帶偏的 後來這個思路進化成了化學界最鋒利的刀 手性催化，原理特別好懂 讓一個手性催化劑當模具 反應物從模具裏滾一圈出來 就被壓成了指定的手性 2001年和2021年的諾貝爾化學獎 先後頒給了把這套模具手藝推向巔峯的幾代宗師 但這套手藝有一個隱藏很深的哲學漏洞 你仔細想，手性催化劑本身就是個手性分子 那它又是誰造出來的？ 要麼從天然產物裏提取，要麼人工合成 天然產物來自生命，可生命的手性又是從哪來的？ 你體內那幾十億億個清一色左手型的氨基酸 第一批是誰挑出來的 這就是科學界懸了一百多年的頂級懸案 生命的同手性起源 40多億年前的地球上 左手分子和右手分子本來應該五五開 誰也不比誰高貴 可不知道從哪一刻起 左手氨基酸贏了 右手徹底出局 到底是哪一刻 憑什麼？ 線索倒是有一堆 1969年掉在澳大利亞的莫奇森隕石裏 幾種氨基酸確實是左手型略多 說明太空裏天然就有一點點偏心 有人懷疑是中子星附近的圓偏振光乾的 還有人扯上弱相互作用的宇稱不守恆 說物理規律本身就偷偷偏心 但這些來源給出的偏向都小得可憐 真正的問題是，這麼一點點偏心 怎麼就能滾成今天百分之百的統治 1953年一個叫查爾斯·弗蘭克的物理學家 在紙面上給出了答案 他沒用燒瓶，用的是數學 他證明，只要一個化學反應滿足幾個條件 微弱的偏向就會被自動放大成絕對的統治 第一，這個反應的產物必須能催化自己的生成 也就是說分子會自己複製自己 這種反應叫自催化 第二，它還得偏心優先生自己這隻手 順手把另一隻手摁住 弗蘭克當時的結論寫得相當凡爾賽 他說這種東西想在實驗室裏做出來 或許並非不可能 注意這個用詞，他只是證明了紙面上可行 真正把它做出來的人，此時還在上小學 先登場的是法國人亨利·B·卡根 卡根1930年出生在巴黎 這輩子就幹一件事給不對稱合成造模具 1971年他搗鼓出一種叫DIOP的手性配體 這玩意兒後來直接被孟山都搬進了工廠 用來大規模生產治療帕金森病的藥物L多巴 在“分子分手”這個行當裏 卡根是祖師爺級別的人物 但讓他拿2026年諾貝爾獎的 不是造模具的手藝 而是1986年的一個反常發現 按當時的教科書常識 催化劑的純度直接決定產物的純度 打個比方，你的催化劑裏左手配體佔七成五 右手配體佔兩成五 那生產出來的產物就應該是 75 比 25 多一點少一點都說得過去，但絕不應該差太多 這就像和麪，多少白麪，多少玉米麪 蒸出來的饅頭就該是什麼配比，童叟無欺，一條直線 卡根發現，有時候根本不是這麼回事 在他的實驗裏，75 比 25 的催化劑 蒸出來的饅頭是 90 比 10 純度不但沒被稀釋，反而憑空變高了 這條本該筆直的線彎了 這個現象後來被稱為非線性效應 線為什麼彎了？卡根挖出來的原因 精妙的讓人想拍大腿 很多催化體系裏，一個催化劑分子幹活的時候 需要兩個手性配體搭檔 那好，當你把左手配體和右手配體攪在一鍋裡 配對的組合就有三種 左左配、右右配，還有左右配 前兩種是同手性組合 就像兩個慣用手一樣的人搭檔幹活 動作麻利，效率拉滿 而左右配這種組合 相當於把一個左撇子和一個右撇子綁在一起玩 兩人三足互相別勁，幹活慢得要死 有些體系裏甚至直接罷工 妙就妙在這兒佔少數的那隻手 有相當大一部分被鎖進了左右配這種摸魚組合裏出不來 等於被變相綁架了 而佔多數的那隻手 大部分都能以麻利組合的身份活躍在流水線上 此消彼長多數派的優勢被進一步放大，少數派被進一步稀釋 催化技端75比25的小優勢到了 產物端就變成了 90 比 10 的大勝利 說白了就是豬隊友拖後腿，結果把對手拖垮了 這套機制後來被日本化學家野依良治玩到了極限 他用一種叫 DAIB 的配體做實驗 配體本身的純度只有 15% 產物的純度卻高達 98% 藥廠愛死這個效應了 因爲純度 100% 的手性原料又貴又難搞 非線性效應等於告訴藥廠 差不多得了，歪鍋配歪竈 反應自己會找補 默克公司當年就用 70% 純度的原料 直接拿到了 95% 純度的產物 更妙的是 這條彎曲線還成了化學家的測謊儀 一個反應的機理猜得對不對 測一測有沒有非線性效應就知道 直到今天，這仍然是判斷催化機理的常規操作 到這裏，弗蘭克模型裏的放大環節被卡根拿下了 但模型裏最魔幻的一環還沒人實現 那就是自催化讓一個分子自己生產自己 接力棒傳到了日本人霞河憲三手裏 霞河 1950年出生在廣島 在東京理科大學一做就是幾十年 這人有點軸，他從80年代末就開始死磕一個目標 造出一個真正會自我複製的手性反應 這個目標難在哪兒？ 打個比方 讓產物自己催化自己 等於讓銷售員自己發展下線 還要求每個下線再發展出來的新下線 必須跟自己是同一隻手 產物分子既得抓得住原料 又得抓得比誰都快 還得天生偏心，只生自己人 缺一個條件鏈條就斷了 1990年 霞河終於做出了史上第一個不對稱自催化反應 文章發了，學界也認了 可他自己心裏清楚 這東西不太行 它放進去的催化劑純度是86% 複製出來的產物純度只剩35% 複製是複製了 但複製的丟三落四 一代不如一代 這就好比複印機原件很清楚 複印件印出來糊了一半再拿複印件去複印 幾輪下來就什麼都沒了 照這個衰減速度別說放大偏向了 滾不了幾輪就直接回到55開 這是最折磨人的一種成功 方向全對東西不行 Xiahe沒服回去接著改分子整整磨了五年 1995年她在《自然》雜誌上扔出了王炸 這次的主角是一種嘧啶基烷醇 實驗數據是這樣的 起始催化劑的純度只有2% 2%是什麼概念 100個分子裏 左手比右手就多了兩個基本上就是五五開 可一輪反應跑完產物的純度直接飆到了87% 而且多出來的這隻手跟催化劑是同一個方向 分子不光會自我複製還一邊複製一邊給自己提純 自己把自己的純度越滾越高 拿87%的產物去催化下一輪純度還能接著漲 弗蘭克42年前寫在紙上的模型 在霞河的燒瓶裏活了，活得整整齊齊 這個反應爲什麼能做到？祕密藏在 分子層面的拉幫結派裏 產物分子喜歡兩兩結對 抱成一個十二元環的小團體 同手性的一對抱得緊密，配合默契 催化效率奇高 而異手性的一對 彆彆扭扭，基本不幹活 看明白了嗎？ 這跟卡根的非線性效應是同一個劇本 少數派被鎖進摸魚組合 多數派在流水線上瘋狂複製 唯一的區別是 這次催化劑就是產物本人 剛下線的新兵轉頭就變成了新的銷售員 子子孫孫無窮匱也 如果你以爲這就是極限了 那還是太小看霞河了 2003年他掏出了終局版本 這一次他把初始的偏向壓縮到了0.0005% 這個數字你可能沒概念 這麼說吧，相當於2000萬個分子裏 左手型只比右手型多了幾粒 跟純粹的統計噪聲已經沒有任何區別 然後他開始接力 拿第一輪的產物去催化第二輪 拿第二輪去催化第三輪 純度走勢是這樣的 第一輪衝到57% 第二輪到99% 第三輪突破99.5% 三輪反應把最初那點幾乎不存在的偏向 放大了超過60萬倍 全程沒有加任何外來的手性物質 就靠反應自己滾雪球 這已經不能叫滾雪球了 這是一片雪花引發了一場雪崩 故事講到這兒還剩最後一個 也是最瘋狂的實驗 既然0.0005%的偏向都能滾成99.5% 那如果一開始什麼偏向都沒有呢 不加任何手性源頭 就靠純粹的隨機漲落 行不行 這就好比拋硬幣 只要你拋的次數有限 正面和反面就不可能完全相等 總會歪那麼一點點 霞河賭的就是這一點點 2012年 他和美國化學家辛格爾頓 各自獨立完成了這個實驗 峽河把反應重複了37次 18次得到右手型產物 19次得到左手型產物 沒有任何規律 完全隨機 下一爐出左手還是右手 神仙也預測不了 分子世界用最直白的方式 演示了一件細思極恐的事 在一片絕對對稱的湯裏 對稱性可以自己破缺 而破向哪一邊純看運氣 現在你明白爲什麼全世界的生命起源研究者 都對這個反應兩眼放光了 他第一次用實驗證明 從幾乎對稱到幾乎純粹 中間不需要任何神來之筆 只需要自催化加非線性放大 60萬倍的放大能力 足以把隕石裏那點微不足道的偏心 把星光留下的一點點偏好 甚至把純粹的運氣 放大成一顆星球的同手性 你身體裏那些清一色的左手氨基酸 祖先很可能就是某次隨機漲落裏的幸運兒 但是且慢這裏必須潑一盆冷水 因爲這段最容易被講成神話 Soai 反應是一個精巧的人工體系 它用的有機新試劑遇水就炸， 必須在嚴格無水的環境裏操作， 跟早期地球那個溼漉漉的大澡堂子八字不合 它的反應機理到今天都還有兩套競爭性解釋在打架， 沒有最終定論 最重要的一點是， 它只證明了弗蘭克模型可行， 證明了同手性可以被這麼放大出來， 但它證明不了生命當年走的就是這條路， 生命的同手性起源至今仍是開放問題 誰要是跟你說蝦核反應解開了生命起源之謎 那是標題黨，不是科學 當然，這絲毫不耽誤它好用 不對稱自催化已經用在了抗艾滋病藥物 依非韋倫的生產上 非線性效應是全世界催化實驗室的日常工具 你今天吃的藥聞的香水田裏打的農藥， 背後都是這套給分子分手的學問 最後，讓我們回到 1848 年那間實驗室， 一個 26 歲的年輕人捏着一把鑷子， 把一堆毫不起眼的晶體分成了兩小堆 他不可能想到 這一鑷子挑開的 是一個糾纏了人類 100 多年的問題： 爲什麼光會轉？ 爲什麼藥會殺人 爲什麼全世界的生命只用一隻手寫字 100多年後 卡根發現根本不用分那麼幹淨歪的催化劑 自己會把純度找補回來 霞格走得更遠 他乾脆讓分子自己複製自己 自己提純自己 從0.0005%的噪聲裏 長出了99.5%的秩序 巴斯德晚年說過一句話 宇宙是一個不對稱的整體 他堅信不對稱裏藏着生命的祕密 當年那兩小堆晶體，如今變成了工廠裏以噸計量的單一構型藥物 變成了燒瓶裏生生不息的自我複製分子 也變成了一道至今沒有標準答案的謎題 爲什麼偏偏是我們這隻手 鑷子放下170多年了，這道題人類還沒做完