Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Science Advances, các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Weizmann và Đại học Hebrew cho biết, có thể đã tiến gần tới lời giải cho một trong những bí ẩn lớn nhất của khoa học hiện đại là vì sao sự sống trên Trái đất chỉ "lựa chọn" một dạng phân tử đối xứng nhất định thay vì sử dụng đồng thời cả hai dạng "ảnh gương" giống nhau về mặt hóa học.

Theo nhóm nghiên cứu, các phân tử "đối quang" (chiral molecules) có thể tương tác khác nhau với electron và từ trường, qua đó tạo ra sự thiên lệch tự nhiên trong quá trình hình thành sự sống sơ khai.

Các phân tử đối quang tồn tại dưới 2 dạng phản chiếu giống như bàn tay trái và tay phải. Mặc dù có cấu trúc gần như giống hệt nhau, nhưng sinh vật sống trên Trái đất lại chỉ sử dụng một dạng nhất định. Các nhà khoa học lý giải protein trong cơ thể sinh vật sử dụng dạng "tay trái", trong khi đường, ADN và ARN sử dụng dạng "tay phải".

Bí ẩn này đã khiến giới khoa học "trăn trở" đi tìm lời giải chính xác trong hơn 150 năm qua bởi vì theo các quy luật vật lý và hóa học truyền thống, 2 dạng phản chiếu phải có năng lượng và tính chất giống nhau.

Trong nghiên cứu mới công bố, GS Ron Naaman và các đồng nghiệp đã phát hiện electron khi di chuyển qua 2 dạng phân tử đối xứng sẽ cảm nhận cường độ từ trường khác nhau. Trong một số vật liệu đối quang như vàng chiral, chênh lệch này có thể lên tới khoảng 30%.

Theo nhóm nghiên cứu, electron hoạt động như những nam châm siêu nhỏ có hướng từ tính riêng. Khi đi qua các phân tử đối quang, electron chuyển động theo quỹ đạo xoắn ốc. Điều này khiến chúng chịu tác động từ trường khác nhau tùy từng dạng phân tử, qua đó tạo ra sự khác biệt về khả năng truyền electron giữa 2 dạng "ảnh gương". Việc này làm thay đổi hành vi hóa học và vật lý của chúng.

Nhóm nghiên cứu tin rằng, khám phá mới hỗ trợ giả thuyết sự sống đầu tiên trên Trái đất có thể hình thành trên các bề mặt khoáng chất từ tính ở đáy các hồ cổ đại giàu magnetite - loại khoáng vật có từ tính mạnh. Trong môi trường như vậy, chỉ một dạng phân tử đối quang có lợi thế tương tác với bề mặt từ tính, tích tụ và kết tinh thành cấu trúc ổn định, dần trở thành dạng chiếm ưu thế trong tự nhiên.

Các nhà khoa học cho biết cơ chế này có thể giải thích vì sao ARN nguyên thủy trên Trái đất chỉ phát triển theo dạng "tay phải", kéo theo protein sinh học phát triển theo dạng "tay trái".

Thêm nữa, nghiên cứu của các chuyên gia cũng cho thấy nhiệt độ lý tưởng để các phân tử đối quang lựa chọn electron theo hướng từ tính riêng phù hợp nằm trong mức nhiệt độ khoảng 60 - 80 độ C, tương đồng với nhiệt độ ước tính tại đáy các hồ cổ đại được cho là nơi sự sống đầu tiên xuất hiện.

Ngoài ra, các chuyên gia nhận định phát hiện mới có thể mở ra ứng dụng công nghiệp quan trọng trong sản xuất thuốc, phân bón và thuốc trừ sâu. Các bề mặt từ tính có thể giúp giới khoa học chọn lọc chính xác dạng phân tử mong muốn trong quá trình kết tinh, qua đó giảm nguy cơ tạo ra các hợp chất kém hiệu quả hoặc độc hại cho môi trường và sức khỏe con người.