2026-ലെ രസതന്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേൽ സമ്മാനം ഹെൻറി ബി. കഗാൻ (Henri B Kagan), കെൻസോ സോഐ (Kenso Soai) എന്നിവർക്ക് നൽകി ആദരിച്ചു. “അസമമിത ഓർഗാനിക് സിന്തസിസിലെ നോൺ-ലീനിയർ ഇഫക്റ്റുകളുടെയും ഓട്ടോകറ്റാലിസിസിന്റെയും (autocatalysis) കണ്ടെത്തലിനാണ്” ഈ പുരസ്കാരം.

സാധാരണക്കാർക്ക് ഈ വരികൾ മനസ്സിലാക്കാൻ പ്രയാസമായിരിക്കാം. രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ ഉൽപന്നവും ഉൽപ്രേരകവും (catalyst – രാസപ്രവർത്തനത്തിന് കാരണമാകുന്ന ഘടകം) ഒന്നായിരിക്കുമ്പോൾ, ഒരു തന്മാത്രയുടെ അളവ് കൂട്ടി അതിന്റെ മിറർ ഇമേജ് (കണ്ണാടിയിലെ പ്രതിബിംബം പോലുള്ള രൂപം) കുറഞ്ഞ അളവിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാനുള്ള ഒരു പുതിയ വഴി കണ്ടെത്തുകയാണ് ഈ ശാസ്ത്രജ്ഞർ ചെയ്തത്.

ഇതുപോലൊരു രാസപ്രവർത്തനം വർഷങ്ങളായി രസതന്ത്രത്തിലെ ഏറ്റവും വലിയ പ്രഹേളികകളിൽ ഒന്നായിരുന്നു. ഒടുവിൽ കെൻസോ സോഐ ഈ രാസപ്രവർത്തനം വിജയകരമായി അവതരിപ്പിച്ചപ്പോൾ, അത് എക്കാലത്തെയും ഏറ്റവും മികച്ച രാസ പരീക്ഷണങ്ങളിൽ ഒന്നായി കണക്കാക്കപ്പെട്ടു.

എന്തുകൊണ്ടാണ് ശാസ്ത്രജ്ഞർ തന്മാത്രകളുടെ മിറർ ഇമേജ് രൂപങ്ങളെക്കുറിച്ച് ഇത്രയധികം ആശങ്കപ്പെട്ടിരുന്നത്? വളരെക്കാലമായി നിലനിൽക്കുന്ന ഒരു ചോദ്യത്തിന് ഉത്തരം കണ്ടെത്താൻ വേണ്ടിയായിരുന്നു ഇത്: ജീവൻ അതിന്റെ മിറർ ഇമേജ് രൂപങ്ങൾ നിലവിലിരിക്കുമ്പോഴും എന്തുകൊണ്ട് ഒരേതരം തന്മാത്രകളെ മാത്രം വൻതോതിൽ തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നു?

കൈറൽ തന്മാത്രകൾ (Chiral Molecules)

പൂട്ടും താക്കോലും ഉദാഹരണമായി എടുത്താണ് നൊബേൽ സമ്മാനത്തിന്റെ ഔദ്യോഗിക പത്രക്കുറിപ്പിൽ കൈറൽ തന്മാത്രകൾ വിശദീകരിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഒരു പൂട്ടിലേക്ക് താക്കോൽ ഉണ്ടാക്കുമ്പോൾ, നിർമ്മാണ പ്രക്രിയയിലൂടെ പരസ്പരം മിറർ ഇമേജ് ആയ രണ്ട് താക്കോലുകൾ ലഭിക്കുന്നു എന്ന് കരുതുക. അവ കാണാൻ ഏതാണ്ട് ഒരേപോലെയായിരിക്കും, എന്നാൽ ഒരെണ്ണം മാത്രമേ ആ പൂട്ടിൽ കൃത്യമായി വീഴുകയുള്ളൂ. മറ്റേത് യാതൊരു പ്രയോജനവുമില്ലാത്തതായിരിക്കാം — ചിലപ്പോൾ അത് കേടുപാടുകൾ വരുത്തുകയും ചെയ്തേക്കാം.

കൈറൽ തന്മാത്രകളുടെ കാര്യത്തിൽ രസതന്ത്രജ്ഞർ നേരിടുന്ന പ്രശ്നവും ഇതുതന്നെയാണ്. പല തന്മാത്രകൾക്കും പരസ്പരം മിറർ ഇമേജ് ആയ രണ്ട് രൂപങ്ങളിൽ നിലനിൽക്കാൻ കഴിയും, ഇവയെ ‘എനാന്റിയോമറുകൾ’ (enantiomers) എന്ന് വിളിക്കുന്നു. അവയുടെ രാസ ഘടന ഒന്നാണെങ്കിലും, അവയുടെ ത്രിമാന ക്രമീകരണങ്ങൾ വ്യത്യസ്തമായിരിക്കും.

ജീവിതത്തിന്റെ ഒരൊറ്റക്കൈ രസതന്ത്രത്തിന്റെ രഹസ്യം

റേബിസ് വാക്സിൻ കണ്ടുപിടിച്ച ലൂയി പാസ്ചറുടെ കാലത്തോളം നീളുന്നതാണ് ഇതിന്റെ ചരിത്രം. 19-ആം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ മധ്യത്തിൽ മുന്തിരിയിലും വൈനിലും കാണപ്പെടുന്ന ടാർടാറിക് ആസിഡിനെക്കുറിച്ച് അദ്ദേഹം പഠനം നടത്തുകയായിരുന്നു.

ടാർടാറിക് ആസിഡ് സ്ഫടികങ്ങൾ പരസ്പരം മിറർ ഇമേജ് ആയ രണ്ട് രൂപങ്ങളിലാണ് നിലനിൽക്കുന്നതെന്ന് പാസ്ചർ കണ്ടെത്തി. എന്നാൽ ടാർടാറിക് ആസിഡിനെ പുളിപ്പിച്ച ബാക്ടീരിയ അതിലെ ഒരു എനാന്റിയോമറിനെ മാത്രം ഉപയോഗിക്കുകയും (മുന്തിരിയിൽ കാണപ്പെടുന്നവ), അതിന്റെ മിറർ ഇമേജിനെ തൊടാതെ വെക്കുകയും ചെയ്തു.

ഇത് വളരെ വലിയൊരു രഹസ്യത്തിലേക്കാണ് വെളിച്ചം വീശിയത്: ജീവൻ തന്നെ ഒരൊറ്റക്കൈയൻ ശൈലിയിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത് എന്ന് ഇത് വ്യക്തമാക്കുന്നു.

പിൽക്കാലത്ത് ശാസ്ത്രജ്ഞർ ജീവന്റെ അടിസ്ഥാന ഘടകങ്ങൾ പരിശോധിച്ചപ്പോൾ, സ്വാഭാവികമായി കാണപ്പെടുന്ന അമിനോ ആസിഡുകൾ പോളറൈസ്ഡ് ലൈറ്റിനെ ഇടത്തോട്ടും, ഡിഎൻഎയിൽ കാണപ്പെടുന്ന ശർക്കര (sugars) അതിനെ വലത്തോട്ടും വളയ്ക്കുന്നതായി കണ്ടെത്തി. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ജീവൻ ലഭ്യമായ രണ്ട് മിറർ ഇമേജ് രൂപങ്ങളിൽ ഒന്നിനെ മാത്രമാണ് അമിതമായി ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

എന്തുകൊണ്ട്? രസതന്ത്രജ്ഞർ ലബോറട്ടറിയിൽ കൈറൽ തന്മാത്രകൾ ഉണ്ടാക്കാൻ ശ്രമിച്ചപ്പോൾ, അവർക്ക് സാധാരണയായി രണ്ട് എനാന്റിയോമറുകളുടെയും തുല്യമായ മിശ്രിതമാണ് ലഭിച്ചത്. അപ്പോൾ ജീവന്റെ ഉത്ഭവകാലത്ത് ജൈവരസതന്ത്രം ഇതിൽ ഒന്നിനെ മാത്രം തിരഞ്ഞെടുക്കാൻ കാരണം എന്തായിരിക്കും?

മാർക്ക്വാൾഡിന്റെ ആദ്യ മുന്നേറ്റം

1900-കളുടെ തുടക്കത്തിൽ ജർമ്മൻ രസതന്ത്രജ്ഞനായ വില്ലി മാർക്ക്വാൾഡ് ആദ്യമായി ഒരു അസമമിത രാസപ്രവർത്തനം (asymmetric reaction) വിജയകരമായി നടത്തിയപ്പോഴാണ് അടുത്ത പ്രധാന ചുവടുവെപ്പ് ഉണ്ടാകുന്നത്.

രണ്ട് എനാന്റിയോമറുകളിൽ ഒന്ന് മറ്റേതിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന പ്രവർത്തനമാണ് അസമമിത രാസപ്രവർത്തനം. മാർക്ക്വാൾഡിന്റെ പരീക്ഷണത്തിൽ ഈ വ്യത്യാസം വളരെ ചെറുതായിരുന്നു, അതിനാൽ ഇത്തരത്തിലുള്ള അസമത്വം എങ്ങനെ വളരെ വലുതായി മാറിയെന്ന് അത് വിശദീകരിച്ചില്ല.

ചാൾസ് ഫ്രാങ്കിന്റെ സിദ്ധാന്തം

1953-ൽ ബ്രിസ്റ്റോൾ സർവകലാശാലയിലെ തിയററ്റിക്കൽ ഫിസിസിസ്റ്റായ ചാൾസ് ഫ്രാങ്ക് അടുത്ത നിർണായകമായ വഴിത്തിരിവ് നൽകി.

ഹോമോചിറാലിറ്റി (homochirality) എങ്ങനെ ഉണ്ടാകാം എന്നതിനുള്ള ഒരു ഗണിതശാസ്ത്ര മാതൃകം ഫ്രാങ്ക് മുന്നോട്ടുവെച്ചു. അദ്ദേഹത്തിന്റെ ആശയത്തിന് മൂന്ന് കാര്യങ്ങൾ ആവശ്യമായിരുന്നു.

ആദ്യം, ഒരു കൈറൽ ഉൽപ്രേരകവും (chiral catalyst) ഒരു അസമമിത രാസപ്രവർത്തനവും ഉണ്ടായിരിക്കണം. രണ്ടാമതായി, ഒരു മിറർ ഇമേജിന്റെ രൂപീകരണം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും മറ്റേത് അടിച്ചമർത്തുകയും വേണം. മൂന്നാമതായി, ആ രാസപ്രവർത്തനം ഉൽപ്രേരകത്തെത്തന്നെ ഉത്പാദിപ്പിക്കണം. മൂന്നാമത്തെ അവസ്ഥയെ ‘ഓട്ടോകറ്റാലിസിസ്’ (autocatalysis) എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ഓട്ടോകറ്റാലിസിസ് ഒരുതരം രാസപരമായ സ്നോബോൾ പ്രഭാവം (snowball effect) സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഒരു രാസപ്രവർത്തനം ഒരു തന്മാത്രാ രൂപത്തിന്റെ ചെറിയൊരു മിച്ചം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നുവെന്ന് കരുതുക. ആ രൂപത്തിന് സ്വന്തമായി കൂടുതൽ കാര്യങ്ങൾ ചെയ്യാൻ കഴിയുമെങ്കിൽ, പ്രാരംഭ അസമത്വം വേഗത്തിൽ വളരും.

ഫ്രാങ്കിന്റെ ഈ മാതൃകം രസതന്ത്രത്തിലെ ഒരു വലിയ പ്രഹേളികയായി മാറി: ഈ മൂന്ന് അവസ്ഥകളും പൂർത്തീകരിക്കുന്ന ഒരു രാസപ്രവർത്തനം ആർക്കെങ്കിലും യഥാർത്ഥത്തിൽ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയുമോ?

ഹെൻറി കഗാൻ നഷ്ടപ്പെട്ട കഷ്ണം കണ്ടെത്തുന്നു

ഇവിടെയാണ് ഹെൻറി ബി. കഗാൻ കഥയിലേക്ക് കടന്നുവരുന്നത്.

1980-കളിൽ, ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽ നിർമ്മാണത്തിൽ വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ടതായ, എനാന്റിയോമറുകൾ പരമാവധി ശുദ്ധിയോടെ ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയെന്ന ലക്ഷ്യത്തോടെ കഗാൻ അസമമിത രാസപ്രവർത്തനങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിക്കുകയായിരുന്നു.

രസതന്ത്രജ്ഞർ സാധാരണയായി ഒരു ലോഹ ആറ്റവും കൈറൽ പദാർത്ഥവും അടങ്ങിയ ഉൽപ്രേരകങ്ങളാണ് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്. ഉൽപ്രേരകത്തിൽ രണ്ട് മിറർ ഇമേജ് രൂപങ്ങളുടെയും തുല്യ അളവുകൾ അടങ്ങിയിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, ലഭിക്കുന്ന ഉൽപ്പന്നത്തിലും അതിന്റെ രണ്ട് എനാന്റിയോമറുകളുടെ തുല്യ അളവുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുമെന്ന് അവർ കരുതി. എന്നാൽ കഗാൻ ഈ ധാരണയെ ചോദ്യം ചെയ്തു.

ലോഹ ആറ്റത്തിന് ഒരേ സമയം കുറഞ്ഞത് രണ്ട് കൈറൽ തന്മാത്രകളുമായി ആശയവിനിമയം നടത്താൻ കഴിയുമെന്ന് അദ്ദേഹം മനസ്സിലാക്കി. രണ്ട് രൂപങ്ങളും ഉണ്ടെങ്കിൽ, ഇത് മൂന്ന് തരത്തിലുള്ള ഉൽപ്രേരകങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഇടയാക്കും: ഒരു കൈയഴക്കമുള്ള രണ്ട് തന്മാത്രകൾ അടങ്ങിയ ഒന്ന്, മറ്റേത് കൈയഴക്കമുള്ള രണ്ട് തന്മാത്രകൾ അടങ്ങിയ മറ്റൊന്ന്, കൂടാതെ ഒരു മിശ്രിത രൂപം.

മിശ്രിത ഉൽപ്രേരകം വ്യത്യസ്ത രീതിയിലാണ് പെരുമാറിയത് എന്നതാണ് നിർണായകമായ കണ്ടെത്തൽ. മറ്റേ രണ്ടിനേക്കാളും വളരെ പതുക്കെയാണ് അത് രാസപ്രവർത്തനത്തിന് കാരണമായത്.

ഇതിനർത്ഥം ഉൽപ്രേരകത്തിന്റെ കൈയഴക്കവും അന്തിമ ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെ കൈയഴക്കവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ലീനിയർ അല്ല (non-linear) എന്നതായിരുന്നു.

1986-ൽ, ഈ നോൺ-ലീനിയർ ഇഫക്റ്റുകൾ പ്രദർശിപ്പിക്കുന്ന മൂന്ന് അസമമിത രാസപ്രവർത്തനങ്ങളെക്കുറിച്ച് കഗാൻ വിവരിച്ചു. ഫ്രാങ്കിന്റെ മാതൃകയിലെ രണ്ടാമത്തെ കാണാതായ കഷ്ണം അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തിയിരുന്നു: അതായത് ഒരു പ്രാരംഭ അസമത്വത്തെ വർദ്ധിപ്പിക്കാനുള്ള വഴി.

കെൻസോ സോഐ രസതന്ത്രത്തെ സ്വയം ശക്തിപ്പെടുത്തുന്നതാക്കുന്നു

ടോക്കിയോ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് സയൻസിലെ കെൻസോ സോഐയിൽ നിന്നാണ് അവസാന ഘട്ടം ഉണ്ടായത്.

ശക്തമായ നോൺ-ലീനിയർ ഇഫക്റ്റ് കാണിച്ച ഒരു അസമമിത രാസപ്രവർത്തനത്തെക്കുറിച്ച് സോഐ പഠിക്കുകയായിരുന്നു. ഉൽപ്രേരകവും ഉൽപ്പന്നവും തമ്മിലുള്ള സമാനതകൾ അദ്ദേഹം ശ്രദ്ധിക്കുകയും, ഉൽപ്രേരകം യഥാർത്ഥത്തിൽ സ്വന്തമായി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഒരു രാസപ്രവർത്തനം രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയുമോ എന്ന് ചിന്തിക്കുകയും ചെയ്തു.

1990-കളുടെ തുടക്കത്തിൽ, ഇത് ചെയ്യാൻ കഴിയുന്ന ഒന്ന് കണ്ടെത്തുന്നതിന് മുമ്പ് സോഐ പല തന്മാത്രകളിലും പരീക്ഷണം നടത്തി: 5-പൈറിമിഡിൽ അൽക്കനോൾ (5-pyrimidyl alkanol) ആയിരുന്നു അത്. 1995-ലെ ഒരു പരീക്ഷണത്തിൽ, അദ്ദേഹം ഒരു എനാന്റിയോമറിന്റെ വെറും 2 ശതമാനം മിച്ചത്തിൽ തുടങ്ങി 87 ശതമാനം മിച്ചത്തിൽ എത്തിച്ചു. ആ രാസപ്രവർത്തനം സ്വയം ശക്തിപ്പെടുന്നതായിരുന്നു: ചെറിയ പ്രാരംഭ നേട്ടം വളരെ വലുതായി മാറി.

എന്നാൽ സോഐ ഇതിലും ശ്രദ്ധേയമായ എന്തെങ്കിലും തേടുന്നത് തുടർന്നു.

2003-ൽ, ഒരു എനാന്റിയോമറിന്റെ അധികാരം രൂപപ്പെടുകയും തുടർന്ന് ആ എനാന്റിയോമർ സ്വന്തം പകർപ്പുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ സഹായിക്കുകയും ചെയ്യുന്ന ഒരു രാസപ്രവർത്തനം അദ്ദേഹം അവതരിപ്പിച്ചു. ഇതാണ് ‘സോഐ റിയാക്ഷൻ’ എന്നറിയപ്പെടുന്നത്.

ഇത് എധാനുകൊണ്ട് പ്രധാനമാണ്?

നൊബേൽ പത്രക്കുറിപ്പിൽ പറയുന്നതുപോലെ, “പുതിയ രാസപ്രവർത്തനങ്ങൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുമ്പോൾ രസതന്ത്രജ്ഞർക്ക് ഉപയോഗിക്കാവുന്ന പ്രധാനപ്പെട്ട ഒരു ഉപകരണമായി കഗാൻ കണ്ടെത്തിയ നോൺ-ലീനിയർ ഇഫക്റ്റുകൾ മാറിയിരിക്കുന്നു. ഒരു രാസപ്രവർത്തനം നോൺ-ലീനിയർ ആണെന്നത്, അത് എങ്ങനെ സംഭവിക്കുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾ രസതന്ത്രജ്ഞർക്ക് നൽകുന്നു. ഉൽപ്പന്നത്തിന്റെ എനാന്റിയോമറുകൾ പരമാവധി ശുദ്ധിയോടെ ലഭിക്കുന്നതിന് രാസപ്രവർത്തനത്തെ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യാൻ ഈ വിവരങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കാം. ഫാർമസ്യൂട്ടിക്കൽസ്, ഫ്ലേവറുകൾ, സുഗന്ധദ്രവ്യങ്ങൾ, കാർഷിക രാസവസ്തുക്കൾ തുടങ്ങിയ ജീവജാലങ്ങളുമായി സംവദിക്കാൻ ഉദ്ദേശിച്ചുള്ള പദാർത്ഥങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്ന ഓരോ കമ്പനിക്കും ഇത് വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ടതാണ്.”