Ново израелско изследване предполага, че посоката на магнитното поле може да влияе върху начина, по който се държат ключови биологични молекули, като това откритие може да хвърли светлина върху фундаментални химични процеси, свързани с произхода на живота, предаде израелската новинарска агенция ТПС.
Изследването е направено от учени от Еврейския университет в Йерусалим (Hebrew University of Jerusalem) и Научния институт „Вайцман“ (Weizmann Institute of Science). То показва, че фините различия между атомите могат да влияят върху начина, по който молекулите се движат и реагират, когато са изложени на магнитни полета и на квантовото движение, известно като електронен спин.
Проучването е ръководено от проф. Йоси Палтиел от Еврейския университет и проф. Михал Шарон от Научния институт „Вайцман“.
Изследователите са се фокусирали върху L-метионина - аминокиселина, която е един от основните градивни елементи на живота. Подобно на много биологични молекули метионинът е хирален, което означава, че съществува в две огледални форми, подобно на лява и дясна ръка. Животът на Земята използва почти изцяло само едната от тези форми и учените отдавна се опитват да разберат защо.
За да проучи това, екипът прекарва разтвор на метионин през специализиран филтър, съдържащ миниатюрни магнитни частици. Било е установено, че част от молекулите са съдържали по-тежък въглероден изотоп (въглерод-13 вместо по-разпространения въглерод-12). Резултатите се оказали неочаквани.
Молекулите реагират на посоката на магнитното поле
В зависимост от посоката на магнитното поле по-тежките и по-леките молекули се държали различно. В някои случаи по-тежките молекули се движели по-бавно, докато по-леките преминавали по-бързо. В други случаи моделът се обръщал, сякаш молекулите временно били задържани, а след това - освобождавани.
Изследователите заявяват, че тези ефекти „не са случайни“, а са последователни, измерими и пряко свързани с ориентацията на магнитното поле.
За да обяснят явлението, учените изследвали електронния спин, квантово движение, при което електроните и атомните ядра се държат така, сякаш са миниатюрни въртящи се обекти. Посоката на въртене може да влияе върху начина, по който те взаимодействат с материиите.
Вече е известно, че хирални молекули като метионина взаимодействат с електронния спин чрез механизъм, наречен хирално-индуцирана спинова избирателност. Казано по-просто, формата на молекулата може да влияе върху начина, по който електроните се движат през нея.
Изследователите установили, че този ефект се разпростира и върху изотопите - атоми, които са почти идентични, но се различават леко по маса и ядрен спин.
„Тази работа въвежда въртенето като нов фактор в изотопната химия“, казват изследователите.
В науката изотопите функционират като своеобразни „отпечатъци“, помагайки на учените да проследяват произхода на молекулите и да разбират химичните процеси, включително тези, свързани с ранни етапи от възникването на живота на Земята.
Откритията могат да допринесат и да се разбере как животът е започнал да налага една пространствена форма на молекулите пред друга — дългогодишен въпрос в биологията.
Изследователите предполагат, че магнитната среда, вероятно съществувала в ранната фаза на развитието на планетата Земя, може да е повлияла върху това кои молекули са се формирали и са се запазили, като по този начин фино е насочвала ранната химична еволюция.
По-добрият контрол върху разделянето на изотопите може да има и практически приложения, включително по-ефективна медицинска образна диагностика, технологии за лечение на рак, проследяване на източници на замърсяване, наблюдение на водните цикли и подпомагане на климатичните изследвания. Допълнителни приложения може да има и в археологията и геологията, особено при радиовъглеродното датиране.
Изследването има отношение и към областта на квантовата биология, която проучва дали квантови ефекти като електронния спин играят роля в биологичните системи. Ако магнитните полета могат да влияят на молекулите по начин, зависещ от спина, това може да подсказва, че явления на квантово ниво са допринесли за оформянето на фундаментални биологични процеси.
Изследователите заключават, че спинът и магнетизмът „въвеждат ново ниво на контрол в химията“.
Резултатите са публикувани в научното списание „Кем“ (Chem).
(Тази информация се разпространява по споразумение между БТА и ТПС)