Magnetiske effekter ved livets oprindelse? Det er spindet, der gør forskellen

Så talte de "simpelthen" antallet af højre- og venstrehåndede helicenmolekyler på de forskelligt magnetiserede koboltøer, næsten 800 molekyler i alt, igen ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi. Og lo og se:Afhængigt af magnetfeltets retning havde den ene eller den anden form for helicenspiralerne fortrinsvis sat sig.

Desuden viste forsøgene, at selektionen – præferencen for den ene eller den anden enantiomer – ikke kun sker under bindingen på koboltøerne, men allerede på forhånd.

Inden molekylerne indtager deres endelige (foretrukne) position på en af ​​koboltøerne, migrerer de lange afstande hen over kobberoverfladen i en væsentligt svagere bundet prækursortilstand i "søgning" efter en ideel position. De er kun bundet til overfladen af ​​såkaldte van der Waals-kræfter. Disse er blot forårsaget af fluktuationer i den elektroniske skal af atomer og molekyler og er derfor relativt svage. At selv disse er påvirket af magnetisme, dvs. elektronernes rotationsretning (spin) var ikke kendt indtil videre.

Elektroner med det 'forkerte' spin filtreres fra

Ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi var forskerne også i stand til at løse et andet mysterium, som de rapporterede i tidsskriftet Small i november 2023. Elektrontransport — dvs. elektrisk strøm - afhænger også af kombinationen af ​​molekylær håndhed og magnetisering af overfladen.

Afhængigt af det bundne molekyles håndhævelse strømmer elektroner med én spinretning fortrinsvis - eller "tunnel" - gennem molekylet, hvilket betyder, at elektroner med det "forkerte" spin filtreres fra. Denne chiralitetsinducerede spin-selektivitet var allerede blevet observeret i tidligere undersøgelser, men det forblev uklart, om et ensemble af molekyler er nødvendigt for dette, eller om individuelle molekyler også udviser denne effekt.

Ernst og hans kolleger har nu været i stand til at vise, at individuelle helicenmolekyler også udviser CISS-effekten. "Men fysikken bag dette er stadig ikke forstået," indrømmer Ernst.

Empa-forskeren mener også, at hans resultater efterhånden ikke fuldt ud kan besvare spørgsmålet om livets chiralitet. Med andre ord det spørgsmål, som nobelprisvinderen i kemi og ETH-kemiker Vladimir Prelog beskrev som "et af de første problemer inden for molekylær teologi" i sin Nobelprisforelæsning i 1975.

Men Ernst kan forestille sig, at i visse overfladekatalyserede kemiske reaktioner – såsom dem der kunne have fundet sted i den kemiske "ursuppe" på den tidlige Jord – kunne en vis kombination af elektriske og magnetiske felter have ført til en konstant akkumulering af en form eller en anden af ​​de forskellige biomolekyler – og dermed i sidste ende til livets hånd.

Flere oplysninger: Mohammad Reza Safari et al., Enantioselektiv adsorption på magnetiske overflader, Avancerede materialer (2023). DOI:10.1002/adma.202308666

Leveret af Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology