Magnetismus und Quantenmechanik könnten diese rätselhafte Eigenschaft des Lebens erklären

Das Rätsel der Vorliebe des Lebens für eine spezifische Form von Molekülen, wie Aminosäuren und Zucker, die in zwei Spiegelbildformen existieren, von denen jedoch nur eine in lebenden Organismen verwendet wird, könnte endlich gelüftet werden. Forscher der Empa und des Forschungszentrums Jülich in Deutschland haben kürzlich ein unerwartetes Phänomen beleuchtet: Die Interaktion zwischen elektrischen und magnetischen Feldern könnte eine entscheidende Rolle bei dieser Wahl spielen.


Von Louis Pasteur bis zu Nobelpreisträgern wie Pierre Curie, die Frage der "Homochiralität" biologischer Moleküle gibt Rätsel auf. Diese Moleküle, obwohl chemisch identisch, nehmen Formen an, die Spiegelbilder voneinander sind, genannt Enantiomere. Warum bevorzugt das Leben die eine Form über die andere? Die potenziellen Antworten bleiben spekulativ, trotz der Ähnlichkeit ihrer physikochemischen Eigenschaften.

Die Erklärung könnte in der einzigartigen Interaktion zwischen magnetischen und elektrischen Feldern liegen. Jüngste Experimente haben gezeigt, dass diese Felder zwischen den beiden Formen eines Moleküls "diskriminieren" könnten, wenn sie mit bestimmten metallischen Oberflächen interagieren. Durch das Aufbringen von chiralen Molekülen auf "Inseln" aus magnetischem Kobalt, die auf einer Kupferoberfläche angeordnet sind, beobachteten die Forscher eine ausgeprägte Vorliebe für eine der Enantiomerformen, abhängig von der Ausrichtung des angelegten Magnetfeldes.

Darüber hinaus hängt der Elektronentransport durch die Moleküle von ihrer Chiralität ab, in Gegenwart von magnetisierten Oberflächen, und filtert Elektronen entsprechend ihrem Spin, einer quantenmechanischen Eigenschaft. Dieses Phänomen, genannt Chirality-Induced Spin Selectivity (CISS), zeigt, dass selbst einzelne Moleküle diesen Effekt aufweisen können, obwohl die zugrunde liegenden Mechanismen noch ein Rätsel bleiben.

Diese Entdeckungen beantworten nicht vollständig die von Vladimir Prelog gestellte Frage nach der Chiralität des Lebens, aber sie öffnen einen Weg zum Verständnis, wie chemische Reaktionen, die durch Oberflächen katalysiert werden, im "Ursuppen" der frühen Erde zur Anreicherung einer spezifischen Form von Biomolekülen geführt haben könnten. Somit könnten elektrische und magnetische Felder eine entscheidende Rolle bei der Entstehung des Lebens gespielt haben, wie wir es kennen.