Linksdraaiend helicine heeft een voorkeur voor het rechter kobalteilandje, terwijl bij het kobalteiland links met een tegenovergestelde magnetiseringsrichting die linksdraaiende helicines slechts aan de rand verschijnen (afb: Empa/Karl-Heinz Ernst et. al)

Enantiomeren zijn stoffen die dezelfde scheikundige opbouw en eigenschappen hebben, maar met gespiegelde structuren die niet overlappen zoals de linker- en rechterhand. De verschillen zijn te zien door de draaiing die beide optische isomeren geven aan gepolariseerd licht: links- of rechtsom. Opmerkelijk is dat het leven van deze optisch actieve stoffen steeds de ene variant kiest. Zo zijn alle aminozuren die het leven gebruikt linksdraaiend. Waarom dat zo is heeft al heel wat wetenschappers onoplosbare hoofdbrekens bezorgt sinds de ontdekking van de enantiomerie door Louis Pasteur. Zouden elektrische of magnetische velden daar de oorzaak van kunnen zijn? Dat weten we nog niet zeker, maar het zou kunnen.
Die enantiomeren, ook wel optische isomeren genoemd, zijn lastig uit elkaar te houden. Ze onderscheiden zich, anders dan ooit eerder gedacht, niet door ander scheikundig gedrag, met een massaspectrometer haal je ze ook niet uit elkaar (beide enantiomeren hebben dezelfde molecuulmassa), maar maar waarschijnlijk wel met elektrische en/of magnetische velden, zo werd pas een paar jaar geleden ontdekt. Ferromagnetische metalen zoals ijzer, kobalt of nikkel combineren elektrische en magnetische velden zorgen voor een onderscheid tussen de enantiomeren vanwege hun onderscheidende elektromagnetische eigenschappen.

Dat blijkt inderdaad zo te zijn hebben onderzoekers rond Karl-Heinz Ernst van Empa (Zwi) nu ook echt aangetoond. De onderzoekers creëerden op koper (niet-magnetisch) minieme kobalteilandjes. Ze bepaalde de richting van het magnetische veld van die eilandjes (noord boven of zuid boven) met behulp van een rastertunnelmicrosoop.
Vervolgens maakten ze op de een of andere manier een hoog vakuüm boven de kobalteilandjes en jawel de links- en rechtsdraaiende enantiomeren (helicinen, helixvormige moleculen) hadden ieder hun eigen voorkeur voor zuid boven of noord boven (richting magneetveld).

Elektronspin

Met behulp van die rastertunnelmicroscoop konden de onderzoekers ook het mysterie van de tegengestelde elektronspin oplossen. Elektronentransport (stroom) in een materiaal hangt mede af van de combinatie van de oriëntatie van de moleculen en de magnetisatie van het oppervlak. Afhankelijk van de oriëntatie van de gebonden moleculen stromen elektronen met een bepaalde spin bij voorkeur door het molecuul, terwijl elektronen met de tegengestelde spin eruit worden gefilterd.
Dit door enantiomerie geïnduceerde onderscheid (het zogeheten CISS-effect) was al in eerdere onderzoek waargenomen, maar het was onduidelijk of een reeks moleculen nodig was of dat aparte moleculen dit effect ook vertoonden. Karl-Heinz Ernst en de zijnen hebben nu kunnen aantonen dat geïsoleerde helicinemoleculen ook het CISS-effect vertonen. “Hoe dat werkt begrijpen we nog steeds niet”, zegt Ernst.

De resultaten kunnen de vraag naar het waarom het leven heeft gekozen voor een bepaalde ‘handigheid’ van de optisch actieve verbindingen volgens Ernst eigenlijk ook niet echt beantwoorden. Die kieskeurigheid zou te maken kunnen hebben met het ontstaan van leven op materialen die elektromagnetische eigenschappen hebben en die als katalysatoren hebben gediend voor de ontstaansreacties van die verbindingen, maar of daarmee de elektronspin ook aan de basis van het leven staan lijkt mij (=as) ver gezocht. Wel waarom het leven zo kieskeurig is geweest wat betreft optische isomerie (niet, bijvoorbeeld, waar dat leven maar gebruik maakt van een zeer beperkt aantal aminozuren).

Bron: Alpha Galileo