生命起源之谜有新解？2026年诺贝尔化学奖成果深度解读

今年的化学奖可是真化学！

一句话总结就是，这两人研究的是不对称催化中的手性放大效应。

2026年诺贝尔化学奖

2026年诺贝尔化学奖授予亨利·卡根（Henri Kagan）和硤合宪三（Kenso Soai），以表彰他们在不对称有机合成中的非线性效应和自催化方面的发现。

《Science》杂志曾在创刊125周年之际，公布了125个最具挑战性的科学问题，面向化学领域也对手性提出了拷问：“为什么生命需要手性？”。

为什么生命需要手性？

有些分子，比如氨基酸，存在于两个彼此镜像的变体中。然而，生物体中只有其中一个镜像。化学家们长期以来一直不明白这种化学不对称是如何产生的。

亨利·卡根（Henri Kagan）和硤合宪三（Kenso Soai）因发现了这一谜题的解决方案，荣获2026年诺贝尔化学奖。

一、先补一课，手性是什么？

手性，说人话就是：一个东西和它照镜子得到的像，无法通过旋转、平移而重合。

这个词来自希腊语 χείρ，意思是手。在19 世纪末，开尔文勋爵给了它一个至今仍在用的定义：任何一个几何图形或点群，如果它在平面镜中的像无法与自身重合，我就称它为：手性的（chiral）。

比如你去海边捡一枚海螺，它优雅地往右盘旋，即使你翻遍整片沙滩，也未必能找到一枚向左旋转的对称海螺。你抬手，左手和右手互为镜像，但你却没法把左手手套戴到右手上。

自然界中的手性现象，手性贝壳、蜗牛壳、藤蔓以及星云。

而化学的奇妙之处在于：分子也有手。

当你再剥开一个橙子，扑面而来的清新香气，主要归功于一种叫做苧烯的分子。有趣的是，另一个苧烯分子，即使拥有完全相同的原子种类和连接方式，它的气味却像是刺鼻的松节油。

苧烯的两种对映体

苧烯的两种对映体的气味是不同的，S构型存在于云杉的球果中，有一种类似松节油的气味，而其镜像R构型则发出橙子特有的芳香气味。

更经典的是香芹酮，(R)-(−)-香芹酮是留兰香（薄荷口香糖那种清爽），(S)-(+)-香芹酮是葛缕子（孜然、香菜籽的那种辛香），这两个看起来是同一张分子式，两种完全不同的嗅觉体验。

2026年诺比尔化学奖的封面插图：镜外与镜内的两只分子手性相反。

为什么这对化学双胞胎会让你的鼻子做出截然不同的判断？因为你的嗅觉受体蛋白本身就是手性的，它们是手性的酶和受体，当遇到两个对映体时，就像左手只能和左手相握，产生不同的刺激信号，形成不同的感觉。。。

二、惨痛的教训，生命系统是一台手性识别机器

在 20 世纪 60 年代之前，人类其实并没有真正意识到：生命系统本身就是一台手性识别机器。

代价是惨痛的。

1957 年上市的镇静药沙利度胺，里面(R)-构型和 (S)-构型各占一半。其中 (R)-构型承担镇静作用，而 (S)-构型是致畸的元凶。

药物沙利度胺中不是纯的右旋对映体，而是左旋（S）和右旋（R）对映体的混合物（外消旋体），其中看似对镇静无活性的左旋对映体是致畸的元凶。

药物沙利度胺中不是纯的右旋对映体。

1957年，沙利度胺上市不久后，就被发现其对胎儿可能具有致畸作用，尽管格兰泰制药公司迅速召回了市场上所有的产品，但是在世界范围内沙利度胺还是被售出300万片以上，超过1万名婴儿受到影响，因服用沙利度胺造成的流产、早产、死胎更是不计其数。

沙利度胺事件的受害者，药物的致畸作用发生在怀孕早期。

沙利度胺事件的受害者，药物的致畸作用发生在怀孕早期（通常是孕35至50天），这是胚胎四肢和关键器官形成的敏感期。

当时制药届普遍的认识是：如果一个对映体没有治疗的活性，那么会被通常认为是“惰性的”或者“无活性的”。既然没有活性，就被错误的认识为是“安全的”。生产和销售外消旋体（左旋对映体和右旋对映体的混合物，通常两者各占50%）是行业惯例。

正是因为生命系统本身就具备高度的手性识别能力，以至于具有完全相同的原子组成和连接方式的对映体，其左旋和右旋在生理过程中的表现可能截然不同。

生命系统具备高度的手性识别能力。

生命系统具备高度的手性识别能力，用三点作用模型可以理解，就算原子和连接方式相同的对映体，一个可以与酶结合，另一个则不行。

生命体中，从DNA到氨基酸，再到蛋白质、糖类，都是有手性的。（互为镜像、无法重叠的分子叫手性分子，两个镜像叫对映体；如果一组分子，比如氨基酸，只由其中一种组成，就叫同手性。）

互为镜像、无法重叠的分子叫手性分子，两个镜像叫对映体。

是因为手性的小分子，组成大分子的时候，这种手性会保留下来。以至于形成的关键生命大分子，比如酶，就能保持手性。就能让生命体具备识别手性的能力了。

手性可以“传递”。

手性可以“传递”，由较小的手性片段组成的酶自组装为较大的簇聚物，它们也表现出手性，并且是有手征性的。

如果手性是生命的普遍法则，那么一个根本问题随之而来。

在生命出现之前，这种“偏袒”从何而起？

要解决这个问题，就要看今年诺奖的工作了！

三、真正的难题，先有鸡，还是先有蛋？

起初，有人认为手性是生命的产物——是生命活动（比如酶）才创造出手性分子。但这很快遭遇了逻辑悖论：因为生命最核心的功能（如DNA复制）恰恰要求高度纯正的手性环境。

这就像一个“先有鸡还是先有蛋”的死循环：没有手性均一，难有生命起源；但没有生命，手性又从何而来？

先有鸡，还是先有蛋？

DNA也是有手性的，前文中也提到了，手性是可以传递的，生命体具有高度的手性识别能力，说明肯定是事先被赋予了手性，而不是自己凭空产生的手性。

于是，目光投向了更宏大的舞台：生命出现之前的世界。这里的理论分为两派：

“抛硬币”的随机派认为最初可能只是偶然因素，比如某个地方恰好L型氨基酸多了那么一点点，就像随机抛硬币，正面反面概率相等。但这很难解释，为何全球生命会如此一致地选择“L型氨基酸”和“D型糖”，这巧合未免太过惊人。

抛硬币能每次得到同一种结果吗？

“宇宙偏爱”的必然派认为，存在某种根本性的“手性力”在起作用。一直是圆偏振光理论，另外一种是宇称不守恒理论。

圆偏振光理论：想象地球早期，被一种具有“手性”的圆偏振光所照射。这种光像一只无形的手，可能选择性破坏了其中一种手性分子，为另一种的胜出创造了条件。

，圆振光（CPL）理论示意图，偏正光照射，有选择性地合成L手性的

宇称不守恒理论：这更触及宇宙的底层法则。杨振宁和李政道发现，在基本粒子层面，宇宙的物理定律本身就不是完全对称的（弱相互作用是“左撇子”）。

这种微乎其微的不对称性，可能会传递到分子世界，使得L型和D型分子存在极其微小的能量差异。在亿万年的演化中，这点微弱的“宇宙偏爱”被逐渐放大，最终决定了生命的“左利手”格局。

基本粒子层面的“不对称性”可能传递到分子层面，让生命具备手性

甚至还有理论认为，生命体只是以陨星作为载体从另一行星导入地球的，这些陨石携带了过量的单一手性的物质，比如氨基酸等，给早起生命的孕育提供了非对称的化学环境，以至于把这种手性传递下去了。

我们真的来自外星球吗？

尽管理论纷呈，但真正的实验突破来自“不对称自催化”的发现：一个反应产出的手性分子，能加速生成更多与自己一样的分子，实现“自我复制”。这为微小优势如何被放大提供了关键模型。

不对称自催化的典型实例！居然得到了2026年的诺贝尔化学奖！

四、化学中的手性是如何放大的？

1953 年，布里斯托大学的弗兰克（F. C. Frank）提出一个数学模型，描述同手性如何从 R 与 S 之间极微小的不平衡中产生。他设定的前提是：

a chemical substance which is a catalyst for its own production and an anti-catalyst for the production of its optical antimer （一种物质，它是自身产生的催化剂，同时是它的光学镜像体产生的反催化剂）

拆开看，就是三个条件：

1. 自催化（autocatalysis）：产物能加速自己的生成；
2. 对映选择性催化（enantioselective catalysis）：这个过程偏爱某一种手性；
3. 相互抑制（mutual antagonism）：两种对映体互相压制对方的生成。

前两条其实都不新鲜。

自催化在有机化学里是老朋友，乙酸能催化乙酸乙酯水解生成乙酸和乙醇，说白了就是乙酸催化了自己的生成。

更高级的版本里，寡核苷酸和短肽都能催化自身的形成。

不对称反应的基本原理

第二条更不用说，2001 年（不对称催化）和 2021 年（不对称有机催化）的诺贝尔化学奖就颁给了它。

诺贝尔化学奖还真偏爱手性化学（不对称化学）。。。

但第三条从没人做到过，而自催化 + 不对称催化的组合，不对称自催化?，呃...也从没人描述过。

于是乎，弗兰克在那篇文章的引言里显得有点漫不经心，仿佛这问题在理论上是平凡的。他在结尾轻描淡写地写了一句。

"A laboratory demonstration may not be impossible." （实验室演示或许并非不可能。）

这句话，一等就是 42 年。

1980 年代初，卡根在巴黎南大学，也是众多钻研不对称反应的化学家之一。目标很明确，就是把对映体做得越纯越好，比如用于制药。

这个目标有多重要，1960 年代初的沙利度胺事件已经给出了答案。。。

制药界永远的痛！沙利度胺事件也推动了不对称化学合成的发展。

为了驱动不对称反应，人们常用的催化剂有两个部件：一个金属原子（反应里的马达）和一个手性物质（负责让反应不对称）。

既然目标是纯的对映体，研究者自然会在催化剂里使用尽可能纯的单一对映体。

但他们同时还默认了一件事。

如果我在催化剂里把两个镜像按某个比例混起来，产物的比例就会跟它一样。 换句话说，他们相信催化剂的纯度会等比例地转移到产物上，两者之间是一条直线关系。

卡根的推演。

卡根决定怀疑这个前提。

作为一个严谨的化学家，他愿意花时间去想一件当时其实谁都说不清的事。

这个催化剂到底是怎么工作的？ 反应过程中金属原子和手性分子显然发生了相互作用，但究竟怎么发生的，没有人知道。

卡根抓住了一个常识：金属原子通常可以同时和好几个分子打交道。

于是他假设：催化剂里的金属，在反应过程中至少抓住了两个手性分子。

那么，如果左右两种对映体都有，催化剂就会有三种形态：

1. 右 + 右
2. 左 + 右
3. 左 + 左

右+右和左+左会造出互为镜像的产物，这两个好理解。但左+右这种催化剂，会怎么反应？ 在卡根之前，没有人问过这个问题。

卡根的推演给出了一个让人拍大腿的结果，左+右这种催化剂，恰恰是牌堆里的那张王。

它跟另外两种完全不一样：它干活非常慢，几乎等于不干活。

于是逻辑就闭合了。

假设你往催化剂里放 75% 的右和 25% 的左：

• 两个对映体会随机地跟金属结合，产生三种催化剂，比例大约是 右+右 56%、左+右 38%、左+左 6%；
• 但只有两种催化剂真正有效，而其中左+右这一大坨基本在摸鱼；
• 结果就是：反应实际上是被90% 的右 + 10% 的左驱动的。

你明明只放了 75% 的右，反应的执行效率却相当于 90% 的右。

太天才了！！！

这就是放大。它不是让好的变得更好，而是让坏的那部分干脆不干活。

卡根真的去做了实验，用不同比例的对映体组合去驱动反应。如果化学界原来的假设是对的，他应该得到一条直线，但他得到的是一条曲线。

这张图就是今年诺奖的第一块基石。化学家给它起的名字很朴素：非线性效应（non-linear effect）。

卡根 1986 年的原始结果。

横轴是催化剂中对映体的比例，纵轴是产物中对映体的比例。斜的虚线代表「线性关系」的老假设，如果催化剂有多纯产物就有多纯，数据就该落在这条线上。而实测数据却向上弯了，产物中某一种对映体的过量，比催化剂里的过量还要大，这就是非线性效应。

1986 年，卡根一口气描述了三个表现出非线性效应的不对称反应。 这是一个历史性的突破，许多化学家开始扑向这个新现象。

手性化学中的非线效应

其中一个，是东京理科大学的硤合宪三。

硤合当时在研究一个非线性效应很强的反应。

当他仔细比对反应的催化剂和生成的产物时，他发现这两位长得非常像。

一个念头冒了出来：能不能设计一个反应，让催化剂自己把自己造出来？

这时是 1990 年代初。当时人们已经知道好几个自催化反应的例子，但没有一个是不对称的。

硤合的办法很朴实：试。

对，Chem is try嘛，哈哈哈，搞化学的人，就得多try一try，试一试。

试很多很多不同的分子。最后他找到了一种手性物质，5-嘧啶基烷醇（5-pyrimidyl alkanol），这玩意它可以制造出自己。

1995 年，他发表了那个革命性的实验：

他从某一种对映体只过量 2% 的 5-嘧啶基烷醇出发，最后得到了过量 87% 的产物。

硤合反应：i-Pr₂Zn 对嘧啶甲醛的、具有放大效应的不对称自催化

这个反应是自我强化的，满足了 Frank 提出的全部三条。

但它还有一个遗憾，就是它没能达到生命那种 100% 的对映体纯度。

硤合反应与自我强化过程。

上半部分：反应从一份无手性的溶液开始，生成手性催化剂，而这些催化剂会驱动自身的生成；当底物和试剂消耗完了，就再加一批——这个过程重复三次。下半部分是一次真实实验的数据：从某一种对映体只过量 0.00005%出发，第一轮结束变成 57%，第二轮 99%，第三轮超过 99.5%。

五、连种子都不给，绝对不对称合成！

前面所有的实验，好歹都还投进去了一点点手性种子（哪怕是 0.00005%）。

更狠的问题是：如果连种子都不给呢？

要是没有手性的种子，生命还能不能产生手性呢？

这就是绝对不对称合成（absolute asymmetric synthesis），从完全无手性的前体出发，不借助任何手性试剂或手性产物，直接得到有 ee 的产物。

硤合反应中的绝对不对称合成。图中机理与中间体为示意。

理论上，一个宏观上完全外消旋的体系，在微观上并不是静止的：它在任意时刻都存在统计涨落，可能极其微弱地偏向某一边。Mislow 给这种现象起了个很妙的名字，叫隐手性（cryptochirality）。

而硤合反应的 +NLE 强大到足以探测到这种涨落，并把它放大成肉眼可见的立体化学结果。

1990 年代，硤合和 Singleton 各自独立做到了这件事。硤合团队的实验是这样的：向嘧啶甲醛底物中加入二异丙基锌，生成的锌醇盐 6 初始是外消旋的。在连续 37 次平行的实验中，18 次优先得到 (R)-6，19 次优先得到 (S)-6，产物 ee 从 15% 到 91% 不等。

在此之前，这种对称性破缺只在自发去消旋化过程中被记录过（比如 Viedma 熟化、氯酸钠结晶）。而硤合反应是唯一一个既能不对称自催化放大、又能实现绝对不对称合成的体系。它是第一个在实验室里验证了弗兰克模型的实验！

这玩意就和蝴蝶效应一样，这种非线性的系统很吃初始状态的值，初始状态稍微的不一致，最终的结果大相径庭。

蝴蝶效应也是一种复杂的非线性系统。

既然体系对“一丁点手性”如此敏感，那么宇宙中那些微弱的手性力量，就有了传递进化学世界的可能。而硤合反应正好是一个完美的探测平台：

• 圆偏振光（CPL）：用圆偏振光照射外消旋的有机分子，可以诱导硤合反应产生高 ee 产物。这条线索直接连到「地球早期被圆偏振光照射」的生命起源假说。
• 矿物、有机晶体与表面的手性：石英、辰砂等手性矿物，以及手性晶体表面，都能触发不对称自催化。
• 同位素手性：连同位素取代都能构成手性——比如氧同位素取代产生的手性同位素异构体，也能作为触发器。

而另一条完全不同的路线在固相里并行展开：自发去消旋化（spontaneous deracemization），在接近外消旋的体系里，通过结晶与溶解的循环自发涌现出单一手性的固态。这条线的完整综述见 Buhse 等人 2021 年发表在Chem. Rev.上的文章。这些工作和硤合反应一起，构成了对称性破缺如何可能的完整图景。

至于陨石里那一点点 L-氨基酸过量（比如 Murchison 陨石），则提供了另一条思路：也许生命的左利手，是从外太空运进来的。

六、这些发现到底有什么用？

1. 手性药物的现实生意

从沙利度胺到今天，制药业最核心的现实之一就是对映体不是同一种物质。 美国 FDA 在 1992 年出台政策，要求新药如果含手性中心，必须分别评估两个对映体的药理与毒性。今天，单一对映体药物已经是新药的主流形态。

而在工业上，获得单一对映体有两条路：不对称催化合成，和拆分。卡根和硤合的工作，正好是这两条路的基础设施。

2. 用NLE 指导催化剂的设计

非线性效应最实用的价值是诊断：

• 看到 +NLE，你就知道你的催化剂在溶液里大概率以多聚体存在，而且异手性物种要么活性低、要么被锁进了储库；
• 看到 −NLE，说明异手性物种比你想象的更能干，你的催化剂设计可能有问题；
• 看到 超正 NLE，说明你撞上了一个不常见的机理（至今公开报道的案例只有一例）。

3. 自催化也能进工厂

Carreira 团队开发过一个不对称自催化过程，用于高效合成抗 HIV 药物 Efavirenz 的关键中间体。（当然，这个案例官方特别注明：没有报告 NLE 的细节。）

七、泼点冷水

对这类重大发现，科普最容易犯的错是过度承诺。诺奖官方文档的态度非常克制，我原样转达：

硤合反应是重要的概念验证，但它与生物同手性在水相体系中的出现并不相关。当代解决这一问题的努力，转向了网络过程和动力学拆分。

原因也很直白，硤合反应要在甲苯里、用二异丙基锌、在无水条件下进行。而生命起源发生在一锅水里。用硤合反应证明手性可以被放大是成立的；但用它证明生命就是这样起源的则不成立。

弗兰克模型也不是生物同手性起源的答案。它只是几个可能解中的一个，用来解释大约 35 到 40 亿年前发生的一件我们可能永远无法确定的事。

卡根和硤合真正做成的，是为那个模型提供了实验验证，并因此加深了我们对手性如何被产生、传递、放大的根本理解。

而这份理解，本身就已经足够值一个诺奖。

手性起源仍是悬而未决的重大科学前沿。它跨越了化学、物理和生物学，吸引着我们追问：生命的“偏手性”，究竟是地球环境的偶然，还是深植于宇宙不对称性之中的必然？

这个问题的答案，或许将重塑我们对生命和宇宙的理解。