Magnetische Effekte am Ursprung des Lebens?

Werden nur linkshändige Helizen-Spiralen auf die Kobalt-Kupferoberfläche aufgebracht, bevorzugen diese deutlich Kobalt-Inseln mit einer bestimmten Magnetisierungsrichtung. Bild: Peter-Grünberg-Institut/Jülich
Werden nur linkshändige Helizen-Spiralen auf die Kobalt-Kupferoberfläche aufgebracht, bevorzugen diese deutlich Kobalt-Inseln mit einer bestimmten Magnetisierungsrichtung. Bild: Peter-Grünberg-Institut/Jülich

DMZ – WISSENSCHAFT/ MM ¦ AA ¦     Werden nur linkshändige Helizen-Spiralen auf die Kobalt-Kupferoberfläche aufgebracht, bevorzugen diese deutlich Kobalt-Inseln mit einer bestimmten Magnetisierungsrichtung. Bild: Peter-Grünberg-Institut/Jülich

 

Dübendorf, St. Gallen und Thun - Die Frage nach der Chiralität des Lebens, also warum biomolekulare Strukturen wie Aminosäuren und Zucker nur in einer von zwei spiegelbildlichen Formen in lebenden Organismen vorkommen, beschäftigt Wissenschaftler seit Langem. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das Wechselspiel zwischen elektrischen und magnetischen Feldern eine Schlüsselrolle beim Verständnis dieses Phänomens spielen könnte.

 

Die Chiralität des Lebens, eine Eigenschaft, die besagt, dass Biomoleküle in lebenden Organismen nur in einer von zwei spiegelbildlichen Formen auftreten, ist ein faszinierendes und bislang ungelöstes Rätsel. Obwohl diese Moleküle chemisch identisch sind, unterscheiden sie sich in ihrer räumlichen Anordnung, was zu unterschiedlichen biologischen Eigenschaften führen kann.

 

Forscher der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) und des Forschungszentrums Jülich haben nun Hinweise darauf gefunden, dass magnetische Effekte eine Rolle bei der Entstehung dieser Chiralität spielen könnten.

 

Schon seit der Entdeckung der molekularen Chiralität haben Wissenschaftler spekuliert, dass das Wechselspiel zwischen elektrischen und magnetischen Feldern die Vorliebe für eine der spiegelbildlichen Formen eines Moleküls erklären könnte. Neue Experimente legen nahe, dass magnetische Oberflächen wie Eisen, Kobalt und Nickel in der Lage sind, elektrische und magnetische Felder auf unterschiedliche Weise zu kombinieren, was zu sogenannten "enantioselektiven" Effekten führen könnte.

 

Ein kürzlich im Fachjournal "Advanced Materials" veröffentlichter Artikel von Forschern der Empa und des Peter-Grünberg-Instituts des Forschungszentrums Jülich zeigt, dass chirale Moleküle – Moleküle mit einer räumlichen Händigkeit – auf magnetischen Oberflächen unterschiedliche Vorlieben für die Ausrichtung des Magnetfelds zeigen. Dies legt nahe, dass das magnetische Umfeld einen Einfluss auf die räumliche Anordnung von Molekülen haben könnte, bevor sie in lebenden Organismen eingebaut werden.

 

Darüber hinaus haben die Forscher den sogenannten Chiralitäts-induzierten Elektronenspin-Selektivität (CISS-Effekt) untersucht, der besagt, dass Elektronen mit einer bestimmten Spinrichtung bevorzugt durch chirale Moleküle fließen. Diese Erkenntnis könnte unser Verständnis von elektrochemischen Prozessen in biologischen Systemen vertiefen.

 

Trotz dieser spannenden Entdeckungen bleiben viele Fragen offen. Die Physik hinter diesen Effekten ist noch nicht vollständig verstanden, und die genaue Rolle magnetischer Effekte im Zusammenhang mit der Chiralität des Lebens ist weiterhin Gegenstand intensiver Forschung.

Professor Dr. Karl-Heinz Ernst von der Empa, einer der Hauptautoren der Studie, betont die Bedeutung weiterer Untersuchungen, um das Mysterium der Chiralität des Lebens zu entschlüsseln. Möglicherweise könnten die Erkenntnisse dieser Forschung eines Tages dazu beitragen, die Ursprünge und die Evolution des Lebens auf der Erde besser zu verstehen.

 

 

MR Safari, F Matthes, V Caciuc, N Atodiresei, CM Schneider, KH Ernst, DE Bürgler; Enantioselective adsorption on magnetic surfaces; Advanced Materials (2024); DOI: 10.1002/adma.202308666


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