新華社耶路撒冷5月16日電（記者王卓倫 陳君清）以色列一項新研究發(fā)現(xiàn)，生物體系中至關(guān)重要的質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程不僅受到化學因素影響，還受到電子自旋這一量子特性的顯著作用。這為理解細胞內(nèi)能量和信息傳遞提供了新的物理視角，也為量子生物學和仿生技術(shù)開辟了新的研究方向。
耶路撒冷希伯來大學領(lǐng)銜的一個研究團隊近日在美國《國家科學院學報》上發(fā)表論文說，研究人員將具有特定自旋方向的電子注入溶菌酶晶體，并觀察質(zhì)子在溶菌酶晶體中運動的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，向溶菌酶晶體中注入特定自旋方向的電子會顯著降低其中質(zhì)子的遷移率。實驗結(jié)果直接證實，在具有單一手性結(jié)構(gòu)的生物系統(tǒng)中，電子自旋與質(zhì)子轉(zhuǎn)移之間存在耦合關(guān)系，挑戰(zhàn)了長期以來將質(zhì)子轉(zhuǎn)移視為純粹化學過程的傳統(tǒng)觀點。
手性是指一個物體或分子在結(jié)構(gòu)上不能與其鏡像完全重合的特性。并非所有分子都具有手性，手性分子和與它互為鏡像的異構(gòu)體可能存在很大的性質(zhì)差異。科學家此前已知，手性分子在生物系統(tǒng)內(nèi)廣泛存在，蛋白質(zhì)、糖、DNA和RNA的基本單元，如氨基酸、單糖和核苷酸，均存在手性且通常以單一手性存在。
研究人員認為，新發(fā)現(xiàn)的機制與量子化學中的“手性誘導的自旋選擇性”效應一致，后者描述了具有特定手性的分子如何與不同自旋方向的電子選擇性地相互作用。這一發(fā)現(xiàn)意味著，生命體系中的能量與信息傳遞可能比先前認為的更具選擇性和可控性。質(zhì)子在生物體系中的運動不僅僅是化學過程，還與量子物理學有關(guān)。
公報說，該研究進一步印證了生命現(xiàn)象中蘊含量子機制的可能性，為量子物理學與生物化學的融合研究提供了重要例證。這一耦合機制有助于開發(fā)控制細胞內(nèi)信息傳遞等用途的新型仿生技術(shù)。研究人員也強調(diào)，該實驗是在實驗室條件下在純化的溶菌酶晶體中進行的，因此存在局限性，尚不清楚觀察到的現(xiàn)象如何在活細胞內(nèi)的復雜環(huán)境中發(fā)揮作用。