化學如何學會偏向某一種鏡像
日本化學家草間健三（Kenso Soai）與法國化學家亨利・B・卡根（Henri B. Kagan）因發現化學反應如何偏向分子的兩種鏡像形式之一，獲頒2026年諾貝爾化學獎。他們的研究破解了生命化學的一個長年謎題：為什麼許多重要的生物分子，幾乎都只以兩種可能形式中的一種存在。
瑞典皇家科學院週三在斯德哥爾摩宣布得獎消息。評審指出，兩人的貢獻是「發現不對稱有機合成中的非線性效應與自催化作用」。1200萬瑞典克朗獎金將由兩位得主平分，頒獎典禮預定於12月10日在斯德哥爾摩舉行，當天是阿爾弗雷德・諾貝爾逝世紀念日。
東京理科大學名譽教授草間健三是在住家附近購物時得知獲獎消息。他透過電話向諾貝爾委員會表示，這是他人生中最令人振奮的日子之一，也很高興能與卡根分享這份榮譽。卡根是前巴黎第十一大學的名譽教授。在稍後舉行的大學記者會上，草間感謝學生與同事，表示他們的協助對自己的研究至關重要。
這項獎項表彰具有實用價值的基礎研究，可造福製藥、材料、香料及其他化合物的化學家。獎項也凸顯一種實驗室反應，這種反應提供了研究生命特有分子手性如何形成的方法；不過，研究人員提醒，這項反應本身並不被視為早期地球化學的直接模型。
什麼是分子手性？
有些分子存在兩種形式，原子以相同順序連接，但排列方式互為鏡像。這兩種形式就像左手與右手，無法完全重疊，使每個部分都一一對應。化學家稱這種特性為手性，並將兩種形式稱為對映異構物。
這種差異對生物系統可能至關重要。蛋白質幾乎完全由L型胺基酸構成，而DNA與RNA中的糖則具有相反的D型組態。由於蛋白質等生物結構本身具有手性，分子的兩種形式與身體的作用方式可能不同。藥物的一種形式可能產生預期效果，而其鏡像形式的效果可能較弱、不同，或帶來不良副作用。
因此，手性不只是分子幾何結構中的抽象特性，也是藥物開發必須面對的實際問題。它也引出一個關於生命起源的引人注目的問題：許多生成手性分子的普通反應，產生的兩種鏡像形式數量大致相等。那麼，生命為什麼會如此依賴許多生物構成物中的某一種形式？
這個謎題由來已久。19世紀時，路易・巴斯德將酒石酸晶體的兩種形式分離，並發現兩者的溶液會讓偏振光朝相反方向旋轉。他的實驗有助於確立某些分子具有鏡像形式。後續研究發現，細菌能消耗一種形式的酒石酸，卻不碰其鏡像形式，顯示生命化學具有特殊的選擇性。
卡根如何改變了人們的看法？
一項重要的理論構想始於1953年。物理學家查爾斯・法蘭克描述了一種反應：反應產生的手性催化劑能強化起初微小的不平衡。催化劑可加速反應而不會被消耗。如果反應產生更多偏向某一種鏡像形式的催化劑，這種催化劑就可能進一步促成更多相同形式的生成。
這個構想數十年來都難以在實驗室實現。卡根的研究提供了重要答案。1986年，他與同事證明，催化劑的手性與產物的手性之間，並非總是簡單的一對一關係。某一種催化劑形式只要略占優勢，就可能使某一種產物形式大幅增加。
這稱為非線性效應，意指結果不會隨最初的不平衡按比例增加。在某些反應中，催化劑分子可以不同方式配對。如果手性相反的分子所形成的混合配對，反應效率低於手性相同的配對，那麼反應偏向某一種產物的程度，可能比單看催化劑混合物所預期的更大。
卡根的發現對合成化學家很重要，因為這顯示即使起始催化劑的純度未達同等程度，有時仍能製得高度偏向單一形式的產物。這也讓研究人員有方法思考，化學系統中的微小偏差如何逐漸擴大。他的研究將數學上的可能性轉化為化學家可以透過實驗檢驗的問題。
什麼讓草間反應成為突破？
草間進一步探討另一種可能性：反應產物本身充當催化劑，促使更多相同產物生成。這個過程稱為自催化。當產物具有手性，且能優先生成更多與自身鏡像形式相同的產物時，反應就能透過回饋循環放大微小的不平衡。
草間與同事於1990年發表早期的自催化反應。1995年，他們發表一種相關反應，後來成為著名的草間反應：手性產物催化自身生成，並能提高其中一種對映異構物的占比。2003年，研究團隊發表一種變體，將極微小的初始不平衡放大，生成由單一對映異構物占99.75%的物質。
這項成果在實驗室證明，反應可以朝幾乎完全偏向單一形式的方向發展，而不必仰賴外部手性分子來決定哪一種形式占優勢。諾貝爾化學委員會主席海納・林克表示，卡根與草間為「一個存在逾百年的化學謎題提供了解答：同手性如何自發形成」。同手性是指一個系統主要採用兩種可能分子形式中的一種。
這項反應常與生命起源一同討論，但兩者的關聯需要審慎看待。草間反應展示化學回饋如何放大微小的不平衡。研究人員指出，這項反應需要特定試劑與條件，包括不能與水共存的條件，因此不太可能在前生物時期的地球上，以完全相同的方式發生。它的重要性部分在於證明一項原理，讓研究人員能拿來與其他可能造成分子不對稱的途徑比較。
這項研究為何不只關乎生命起源？
控制分子手性，是製造許多藥物及其他實用化學品的核心。能選擇性生成某一種對映異構物的反應，可以減少後續分離混合物的需求，也有助於製造性質更可預測的化合物。諾貝爾獎表彰的發現，已形塑化學家對這類反應的理解與設計方式。
醫學史突顯了這項研究的重要性。沙利竇邁在1960年代初期被用於治療孕吐，後來與嚴重的先天缺陷相關。後續研究讓人們注意到它的鏡像形式在生物作用上的差異。這個例子常用來說明化學家為何研究手性，但沙利竇邁的生物作用比「一種形式有害、另一種安全」這種簡單二分法更複雜。
其他常見分子也顯示，鏡像形式可能具有不同性質。例如，香芹酮的兩種形式分別與薄荷和葛縷子香氣相關。同樣的原理也會影響藥物、農藥及其他化合物與生物標的的作用方式。分子的結構，包括其手性，有助於決定它的作用。
卡根與草間的研究也屬於不對稱合成這項更廣泛發展的一環，也就是引導反應朝特定對映異構物發展。2001年諾貝爾化學獎表彰威廉・諾爾斯、野依良治與巴里・夏普萊斯在不對稱催化方面的進展。卡根與草間探討的是相關但不同的問題：如何放大不平衡，包括透過能催化自身生成的產物來放大。
與日本相關的基礎科學獎項
草間1950年出生於廣島縣，曾就讀東京大學並取得理學博士學位。他曾在日本及北卡羅來納大學擔任研究職務，之後成為東京理科大學教授。2012年，他獲頒日本紫綬褒章，現為名譽教授。
在頒獎日的記者會上，草間形容研究是一個持續進行實驗的過程，研究者並不知道預期結果是否會出現。他說，自己沒有過度糾結於困難，因為發現新的實驗事實總能帶來喜悅與驚奇。他也感謝大學的研究環境，以及與他共事的學生。
這是日本人士或組織連續第三年獲得諾貝爾獎，此前日本人士曾於2024年及2025年獲獎。草間也是眾多獲表彰的日本化學家之一，他們的研究領域為有機化學，探討的物質包括蛋白質、糖類及許多藥物在內的含碳化合物。
科學上還有哪些未解之處？
這項獎項並未解決生命如何形成偏向單一形式的化學特性。它表彰的實驗與概念進展，證明化學不平衡可以被放大，但自然界在生命出現前究竟有哪些過程參與其中，仍是未解問題。研究人員持續探索其他機制，包括涉及晶體、表面及可能偏向某一形式的物理條件等效應。
這正是這項研究的價值之一。草間反應提供了不對稱自催化的有力實例，而卡根發現的非線性效應則有助於解釋，為何催化劑混合物會產生出乎意料的強烈偏向。兩人的發現共同為化學家提供研究分子手性的工具，既能應用於實際合成，也能用來探討生命起源。
草間表示，他希望這份肯定能讓更多人關注有機合成，並推動研究持續進行。諾貝爾獎表彰的是一連串研究成果：從一個存在百年的謎題出發，最終在實驗室展現出令人矚目的現象：在適當條件下，化學反應能偏向某一種鏡像形式，並進一步強化這種選擇。
重點整理
- 草間健三與亨利・B・卡根獲頒2026年諾貝爾化學獎。
- 獎項表彰兩人在不對稱有機合成中的非線性效應與自催化研究。
- 卡根於1986年證明，催化劑比例稍微失衡，就可能使反應產物的比例出現更大的不平衡。
- 草間的反應證明，手性產物能催化生成更多與自身形式相同的產物。
- 這些發現有助於化學合成，也為研究生命分子手性如何形成提供模型，但尚未解開其起源之謎。
