让分子自己“选边”！一点点手性偏差如何变成诺奖

北京时间10月7日，瑞典皇家科学院宣布，将2026年诺贝尔化学奖授予法国科学家亨利·卡根（Henri B. Kagan）和日本科学家硤（xiá）合宪三（Kenso Soai），表彰他们在不对称有机合成中发现的非线性效应和不对称自催化现象。

2026年诺贝尔化学奖获得者，

亨利·卡根（Henri B. Kagan）和硤合宪三（Kenso Soai）

图片来源：TheNobelPrize

这两项跨越数十年的研究，解决了化学界一个困扰了一个多世纪的问题：为什么自然界里的生命分子，明明存在“左手”和“右手”两种镜像形式，生命却几乎只选择其中一种？

从药物制造到生命起源，卡根和硤合宪三的工作揭示了一条关键路径：一个微小到几乎可以忽略的手性偏差，如何被化学反应不断放大，最终变成压倒性的“一边倒”。

化学家把这种“像左右手一样的镜像关系”叫作手性（chirality）。

如果两个分子的原子组成和连接方式完全一样，但空间结构互为镜像，而且无论怎么旋转都无法完全重合，它们就是一对“对映体”。你可以把它们想象成左手和右手：尺寸、骨骼、手指数量都一样，但左手始终不能和右手重合。

手性

图片来源：化学世界

在分子层面，这种“小小差别”，可能带来巨大的影响。

一个经典例子是香芹酮。它的两种对映体化学式完全一样，但闻起来却不是同一种味道：一个更接近薄荷，另一个则带有葛缕子气味。

原因很简单，我们的嗅觉受体本身也是一个复杂的三维分子结构。一个分子的“左手”可能刚好能够嵌入受体，而它的“右手”却无法以同样的方式结合。

药物也是如此。人体里的酶、受体和蛋白质都有非常具体的空间结构，因此一个药物分子的两个镜像版本，进入人体之后可能产生完全不同的效果：一个能够精准结合靶点，另一个可能效果很弱，甚至产生不同的副作用。这也是为什么现代药物研发非常重视手性选择性的原因。

可是，比“手性会影响药效”更令人困惑的问题是：生命为什么几乎只使用其中一种？如果你在实验室里，用没有手性的原料制造一个手性分子，通常不会天然得到“清一色”的左手或右手，而会得到两种镜像分子的混合物，比例接近1∶1。

生命诞生于一个充满“左右分子”的世界，

却最终选择了其中一种手性。

图片来源：K.Ishii Laboratory

从最朴素的化学直觉来看，这似乎才是合理的。19世纪，巴斯德研究酒石酸时，已经观察到这类分子的“左右之分”，但却发现微生物选择性地利用其中一种形式。此后，这个问题一直困扰着化学家：为什么自然界最终没有保持左右各半，而是形成了几乎“一边倒”的分子世界？

这个现象后来被称为“同手性”（homochirality）。而它背后最令人着迷的地方在于：这种巨大的差异，最初也许只从一点点偏差开始。

1986年，法国化学家亨利·卡根迈出了关键一步。

在此之前，很多化学家默认了一种近乎直觉的关系：催化剂有多少手性，产物就应该有多少手性。比如，一个催化体系中左手型比右手型多5%，那么最终产物可能也只多5%。

卡根却发现，某些不对称催化反应根本不是这么工作的。催化剂中的一个微小手性偏差，经过化学反应之后，竟然可以被放大成远高于原始水平的手性偏差。这就是今年诺贝尔奖所强调的非线性效应。

为什么会出现这种“放大”？关键在于催化剂不是一个个孤立工作的。

以某些金属催化体系为例，一个金属中心可以同时与两个手性配体结合。于是体系中就会出现不同组合：左+左、右+右，以及左+右。

卡根发现的新现象

图片来源：TheNobelPrize

问题在于，这几种组合的催化能力并不一样。在相关体系中，两个不同手性的配体结合后，形成的“左+右”组合可能活性较低；而“左+左”或“右+右”的同手性组合反而更有效。

于是，原本只有一点点的左右差异，会在竞争过程中逐渐被拉大。就像一场赛跑：左边选手一开始只领先一步，但规则恰好让领先者更容易获得下一次加速机会。跑得越远，差距越大。

这就是非线性效应真正有意思的地方：化学反应并不只是被动地“接受”一个手性偏差，它还能够主动放大这个偏差。

卡根的工作因此改变了化学家对不对称催化的认识。更重要的是，它说明了一个曾经很难想象的事情：自然界不需要一开始就拥有一个高度纯净的单一手性。一个很小的不平衡，本身就可能成为进一步放大的起点。

但这里还有一个问题。如果真的只有一点点偏差，谁来保证它会一直扩大，而不是随着反应进行又被稀释掉？

于是，第二块拼图出现了。

日本科学家硤合宪三想到的，是一个更加大胆的想法：能不能让反应产生的产物，反过来帮助自己继续生成？

这就是自催化。普通催化剂就像一个工厂里的加速器——它帮助生产产品，但产品本身并不负责让生产继续。而自催化则不同。

可以把它想象成一个会“自我扩张”的工厂：生产出第一个产品之后，这个产品反过来成为下一轮生产的催化剂；下一轮又产生更多产品；更多产品又进一步加速反应。

如果这个过程还具有“手性选择”，情况就会更加惊人。假如最开始左手分子只比右手分子多一点，那么左手分子就会更优先催化生成左手产物。新的左手产物，又成为下一轮催化剂。

于是形成一个正反馈：左手多一点 → 生成更多左手 → 左手催化剂更多 → 生成更多左手……原本微不足道的差异，就这样不断被放大。

硤合宪三（Soai）实验过程

图片来源：TheNobelPrize

1995年，硤合宪三首先报道了具有这种潜力的反应。实验显示，加入只有约2%过量的一种手性分子后，最终产物的手性过量可以大幅提高。

但他真正想回答的是更极端的问题：如果一开始几乎什么都没有呢？如果左右之间没有人为制造的明显差距，而只是因为统计波动，恰好多出了那么一点点左手分子，能不能也让它一路滚雪球，最终压倒右手分子？

经过多年的研究，答案是：可以。

2003年，硤合宪三的研究团队展示了极端的手性放大实验。一个极其微小的初始手性不平衡，可以经过不对称自催化过程，被放大到超过99.5%的高对映体纯度。这意味着，从化学机制上说，只要系统拥有合适的非线性和正反馈，一个极其微小的随机偏差，也可能最终演变成压倒性的单一手性。

这一下，生命那个困扰科学家百余年的问题，突然出现了一个非常有力的化学答案。

卡根和硤合宪三的工作，其实像接力赛。

卡根解决的是：“微小的手性差异怎样被放大？”硤合宪三解决的是：“这种放大怎样形成自我强化的循环？”把它们连在一起，就是一条非常漂亮的化学链条：微小的不对称 → 非线性放大 → 某一种手性占优势 → 自催化反馈 → 高度单一的手性。

这件事首先改变的是现代化学。

对于制药工业而言，化学家经常需要精准制造某一种对映体，因为人体本身就是高度手性的系统。卡根关于非线性效应的研究，为高选择性不对称催化提供了重要认识；而Soai反应则成为研究手性放大、自催化和对称性破缺的经典体系。

但这项诺贝尔奖最有想象力的意义，还在另一个方向——生命起源。

手性是动物形态的重要基础，

比如蜗牛的外壳会向右旋。

图片来源：University of Nottingham

因为生命的同手性，本质上也是一个“从平衡走向不平衡”的过程。早期地球上的化学反应，理论上本可以形成左右各半的分子。可是今天的生命，却选择了一边。

硤合宪三的实验至少告诉我们：这种从极小不平衡到高度不对称的过程，在化学原理上是可行的。于是，生命的“单手性”就不再显得像某种神秘的生命专属现象。

但必须强调：这并不意味着生命起源之谜已经被破解。实验室中人工设计的化学体系，证明的是“这条路能够走通”，而不是“早期地球当年一定就是这么走的”。

真正尚未解决的问题，是：最初的那一点点不对称，到底从哪里来？究竟是陨石带来了轻微的手性偏差？是某种偏振光造成了左右差异？是矿物表面提供了选择性环境？还是早期地球存在我们还不知道的化学机制？

这些问题，今天依然开放。

看似只有一线之差的“左右手”，

却构成了生命化学的一道百年谜题。

图片来源：TheNobelPrize

所以，今年诺贝尔化学奖真正重要的地方，并不是宣布“我们已经找到了生命起源的最终答案”，而是完成了一次非常关键的跨越：科学家第一次用实验告诉我们，一个原本微不足道的左右差异，确实可以通过普通的化学机制，被一路放大成几乎彻底的“一边倒”。

这让“生命为什么只用一只手”从一个古老的哲学式谜题，变成了一个可以通过实验、反应动力学和分子机制继续追问的科学问题。

参考链接：

1.https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2026/press-release/

2.https://mp.weixin.qq.com/s/PQcM1W9db96rdSsImE8Atw

3.https://mp.weixin.qq.com/s/VLpX1obctU4t2CCTWdutrQ

4.https://www.bbc.com/news/articles/c6ly038jg0d4o

5.https://edition.cnn.com/2026/10/07/science/nobel-prize-chemistry-2026-henri-kagan-kenso-soai-winner-intl

作者：蝌蚪君

审核：刘颖 李培元 张超 杨柳

审核专家：薛斌 上海海洋大学副教授，中国化学会《化学通讯》编委、《无机盐工业》青年编委