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(xiàng)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(xué)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(xì)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(xué)和仿生技術(shù)開辟了新的研究方向。
耶路撒冷希伯來大學(xué)領(lǐng)銜的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)近日在美國《國家科學(xué)院學(xué)報(bào)》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(yùn)動(dòng)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(huì)顯著降低其中質(zhì)子的遷移率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接證實(shí)，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(xué)過程的傳統(tǒng)觀點(diǎn)。
手性是指一個(gè)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(xué)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(rèn)為，新發(fā)現(xiàn)的機(jī)制與量子化學(xué)中的“手性誘導(dǎo)的自旋選擇性”效應(yīng)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(rèn)為的更具選擇性和可控性。質(zhì)子在生物體系中的運(yùn)動(dòng)不僅僅是化學(xué)過程，還與量子物理學(xué)有關(guān)。
公報(bào)說，該研究進(jìn)一步印證了生命現(xiàn)象中蘊(yùn)含量子機(jī)制的可能性，為量子物理學(xué)與生物化學(xué)的融合研究提供了重要例證。這一耦合機(jī)制有助于開發(fā)控制細(xì)胞內(nèi)信息傳遞等用途的新型仿生技術(shù)。研究人員也強(qiáng)調(diào)，該實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室條件下在純化的溶菌酶晶體中進(jìn)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(xì)胞內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境中發(fā)揮作用。