2026年4月23日 ペサハ・ベンソン、オマー・ノヴォセルスキー著
エルサレム、2026年4月23日（TPS-IL）– 生命が鏡像異性体の一方の分子「手」を好む理由の謎は、量子物理学に根差した説明に近づいている可能性があり、この発見は最終的に医薬品から次世代エレクトロニクスまであらゆるものに影響を与える可能性がある。

イスラエルの新しい研究は、電子の「スピン」として知られる微小な量子特性が、生物学が一貫して多くの分子の一方のバージョンのみを使用し、その鏡像異性体を使用しない理由を説明するのに役立つ可能性を示唆している。

多くの生体分子は、エナンチオマーと呼ばれる2つの鏡像異性体の形で存在する。標準的な化学では、両方の形態は同じように振る舞い、同量で現れるはずである。しかし、生命システムではそうではない。生命はほとんど常に一方のバージョンのみを使用する。アミノ酸は通常左手型、糖は右手型である。このホモキラリティとして知られるパターンは、1世紀以上にわたって科学者を困惑させてきた。

ヘブライ大学のヨッシ・パルティエル教授率いるイスラエルの研究チームは、その答えは電子がこれらの分子をどのように通過するかにかかっている可能性があることを発見した。電子にはスピンと呼ばれる特性があり、物質との相互作用に影響を与える。この研究では、電子がキラル分子を通過する際、遭遇する鏡像異性体の形態によってスピンの振る舞いが異なることがわかった。

この発見は、査読付きの科学誌『サイエンス・アドバンシズ』に掲載された。

「生命はホモキラルです。これは些細なことではありません。標準的な化学では、両方の鏡像分子が得られる確率は同じだからです」とパルティエル氏はイスラエル・プレス・サービスに語った。「私たちの研究は、自然がなぜキラルであり、どのように対称性が破られるのかを問うものです。現在の論文は、電子スピンの相互作用が両方の効果を説明する可能性があることを示唆しています。」

微小なスピンの違いが重要

分子の2つのバージョンは静的な条件下では同じエネルギーを持つが、電子輸送や化学反応などの動的なプロセスでは同じように振る舞わない。この発見は、これらの違いが、各形態が電子が関与する反応にどれだけ効率的に参加できるかに影響を与える可能性があることを示している。長期間にわたると、たとえ非常に小さな効率の違いであっても重要になる可能性がある。研究者らは、一方の分子形態がこれらの条件下で一貫してわずかに優れたパフォーマンスを発揮する場合、徐々に優位になる可能性があると示唆している。これは、生物学が既知のすべての生命にわたって分子の「手」の一方をどのように好むようになったかを説明するのに役立つ可能性がある。

この発見は、理論的研究、実験結果、およびキラルシステムにおける電子挙動の計算を組み合わせたものである。それらは、生物学の基本的なプロセスにおける、これまで過小評価されてきた量子効果の役割を示している。

パルティエル氏はTPS-ILに対し、この研究は「医薬品市場、グリーンエネルギー、そしてチップ産業向けの導体の改善に応用できる」と語った。

医薬品分野では、この発見は医薬品の設計と製造方法の改善に役立つ可能性がある。多くの薬は2つの鏡像異性体の形で存在するが、通常は一方のみが人体で効果的である。電子スピンがどちらの分子形態が優位になるかに影響を与えることができる場合、正しいバージョンをより効率的かつ高精度で製造できるようになる可能性がある。

エレクトロニクスおよび半導体技術では、この発見は、ますます小型で強力になるチップにおける熱管理という、業界の増大する課題の1つに対処するのに役立つ可能性がある。この研究は、電子スピンの影響を受ける「キラル」特性を持つように設計された材料が、熱と電気信号の制御方法を改善できることを示唆している。パルティエル氏はTPS-ILに対し、このアイデアはすでに商業的に探求されており、研究に関連するスタートアップが「半導体産業における熱管理に対応するキラルコーティングとキラル金属」に取り組んでいると述べた。

エネルギーおよび材料科学では、このメカニズムにより、化学反応やエネルギー伝達のためのより効率的な材料を設計するための新しい方法につながる可能性がある。この効果は電子が物質をどのように移動するかに結びついているため、グリーンエネルギーシステムを含むさまざまな技術で使用される触媒や導電性材料の改善に役立つ可能性がある。より広範には、科学者が化学構造だけでなく、電子スピンが分子形状とどのように相互作用するかにも基づいて材料を設計できるというアプローチの転換を示唆している。