1000万分の5の偏りは、なぜ99.5%超にまで広がるのか ― ノーベル賞の自己触媒反応

比率の正体 ― 50対50が、3回で399対1以上になる

右手と左手は、形は同じでも重ね合わせられません。分子にも同じ関係があります。これを鏡像異性体と呼びます。ふつうの化学反応では、右手型と左手型が半分ずつできます。比で書けば50対50です。

片寄りの度合いは、鏡像体過剰率（ee）という数で表します。多いほうから少ないほうを引き、全体で割った値です。

2026年のノーベル化学賞は、この片寄りの研究に贈られました。受賞者は、フランスの化学者アンリ・カガンさんと、東京理科大学名誉教授の硤合憲三さんです。受賞理由は「不斉有機合成における非線形効果と自己触媒作用の発見」とされています。発表は10月7日でした。

硤合さんたちの実験では、eeが約0.00005%から始まり、3回の操作で99.5%を超えました。これを個数の比に直すと、次のようになります。

出発点の約0.00005%がどれくらい小さいかを、数えてみます。分子を2000万個そろえたとき、多いほうは10,000,005個、少ないほうは9,999,995個です。差はたった10個、1000万個あたりなら5個です。その差が、最後には399対1以上になります。

なぜ振り切れるのか ― 生成物が、自分の触媒になる

からくりは二段構えです。一段目は自己触媒です。

この反応では、ピリミジン-5-カルバルデヒドという材料に、ジイソプロピル亜鉛という試薬を加えます。できあがる分子（ピリミジルアルカノール）が、同じ反応を進める触媒として働きます。生成物が自分の増え方を速めるのです。

自己触媒だけなら、右手型も左手型もそれぞれ自分を増やすだけです。比は変わりません。わずかな差は、わずかな差のまま残ります。

二段目が、カガンさんが調べた非線形効果と同じ筋の話です。カガンさんが扱ったモデルでは、触媒は金属に分子が2つくっついた組で働きます。組み合わせは3種類あります。右手型どうし、左手型どうし、そして右手型と左手型が1つずつの「混ざった組」です。

混ざった組が働きにくいと、何が起きるでしょうか。少ないほうの分子は、多いほうと組になって「混ざった組」に取り込まれ、動けなくなります。残って働くのは、多いほうどうしの組ばかりです。わずかな差が、触媒の働きの大きな差に変わります。

具体例・数字 ― 直線から、どれだけ外れるのか

カガンさんは、ずれを一つの係数にまとめました。混ざった組の量を、そろった組2種を合わせた量で割った値をβとします。gは、そろった組に対する混ざった組の働きやすさの比です。

混ざった組がまったく働かない場合は、g＝0です。混ざった組が、そろった組2種を合わせた量の4倍あるとすると、係数は(1＋4)÷1＝5になります。上限値を100%とすれば、eeが10%の触媒から、ee50%の生成物が出てくる計算です（編集部による試算）。

硤合さんの反応が強いのは、この増幅が一度で終わらない点です。できた生成物を次の回の種にすれば、増えた片寄りがそのまま次の出発点になります。表の比は1回目で3.65倍、2回目で約54倍と開き、3回目は約2倍にとどまります。100%に近づくほど、伸びは緩やかになります。

歴史や背景 ― 70年以上前の予想と、実験の答え合わせ

「自己触媒があれば鏡の対称性は自分で崩れる」という考えは、古くからありました。1953年にF. C. フランクが理論モデルを示しています。ただし、それを満たす現実の反応は長く見つかりませんでした。

硤合さんは1990年に自己触媒の例を報告し、1995年には増幅をともなう反応を『ネイチャー』誌に発表しました。この反応は現在「硤合反応」と呼ばれています。2022年の総説は、この反応をフランクのモデルの実験的な裏づけと位置づけています。

片寄りの「きっかけ」として何が使えるかも調べられてきました。円偏光、石英や塩素酸ナトリウムなどのキラル結晶、さらには炭素や窒素の同位体の違いまでが、引き金になるとされています。どれも、きっかけ自体はごく弱いものです。

俗説・誤解チェック ― 生命の謎は、解けたのか

ここは慎重に書く必要があります。生き物のたんぱく質はL型のアミノ酸でできており、DNAやRNAの骨格はD型の糖でできています。なぜ片方だけなのかは、生命の起源をめぐる大きな問いです。

硤合反応が示したのは、「ごく小さな差があれば、化学反応だけで極端な片寄りまで育つ道がある」ということです。これは原理の証明として重要です。

いっぽうで、この反応に使う材料や試薬は、原始の地球にあったとは考えにくいものです。2022年の総説も、生物のホモキラリティーの成り立ちは「いまだ難問」であり、「全体像を説明する筋書きはまだない」と述べています。「仕組みの候補が一つ実証された」と「歴史の謎が解けた」は、別のことです。

黄金比研究所の見立て

この話の面白さは、50対50という均衡が、安定ではなく「きわどい釣り合い」だった点にあります。条件がそろうと、ほんのひと押しで比が動きだします。

そして動きだした先は、中間のどこかではありません。399対1も通過点で、行き先はほぼ100対0の側です。この条件のもとでの答えは、真ん中の50対50ではなく、端のほうにあります。

比率を扱う記事では、ふだん「どの値がちょうどよいか」を探します。今回は、ちょうどよい中間がない例でした。安定した答えが端にしかないとき、わずかな差が行き先を決めてしまう。そういう仕組みも、世の中にはあります。