新研究发现分子在没有外力的情况下表现出非互惠相互作用

缅因大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员发现，分子在没有外力的情况下会经历非相互作用的相互作用。

重力和电磁力等基本力是相互作用的，两个物体相互吸引或相互排斥。然而，在我们的日常经验中，互动似乎并不遵循这种相互法则。

例如，捕食者被猎物吸引，但猎物往往会逃​​离捕食者。这种非互惠的相互作用对于与生物体相关的复杂行为至关重要。对于细菌等微观系统，非互易相互作用的机制已经可以通过流体动力学或其他外力来解释，并且以前认为类似类型的力可以解释单分子之间的相互作用。

在《化学》杂志上发表的论文中，缅因大学理论物理学家R.DeanAstumian和宾夕法尼亚州立大学的合作者AyusmanSen和NiladriSekharMandal发表了一种不同的机制，通过该机制，单分子可以在没有流体动力学效应的情况下进行非互易相互作用。

由于每种化学催化剂(酶就是一个生物学例子)促进的反应，这种机制会引起反应物和产物的局部梯度。由于催化剂对梯度的响应取决于催化剂的性质，因此可能会出现一种分子被另一种分子排斥但又被另一种分子吸引的情况。

作者的“尤里卡时刻”发生在他们的讨论中，他们意识到每种催化剂的一种称为动力学不对称性的特性控制着对浓度梯度的响应方向。由于动力学不对称是酶本身的特性，因此它可以经历进化和适应。

动力学不对称性所允许的非互易相互作用在允许分子相互作用方面也发挥着至关重要的作用，并且可能在简单物质变得复杂的过程中发挥了关键作用。

其他研究人员之前已经就非互惠相互作用发生时发生的情况做了很多工作。这些努力在“活性物质”领域的发展中发挥了核心作用。在这项早期工作中，非互惠相互作用是通过结合特设力量来引入的。

然而，Mandal、Sen和Astumian描述的研究描述了一种基本的分子机制，通过这种机制，单分子之间可以产生这种相互作用。这项研究建立在早期工作的基础上，其中同一作者展示了单个催化剂分子如何利用其催化反应中的能量在浓度梯度中进行定向运动。

决定不同催化剂之间非互易相互作用的动力学不对称性也被证明对于生物分子机器的方向性很重要，并且已被纳入合成分子马达和泵的设计中。

Astumian、Sen和Mandal之间的合作旨在揭示不同催化剂松散关联背后的组织原则，这些催化剂可能形成了最早的代谢结构，最终导致生命的进化。

“我们正处于这项工作的最初阶段，但我认为理解动力学不对称性是理解生命如何从简单分子进化而来的一个可能的机会，”阿斯图米安说。“它不仅可以深入了解物质的复杂化，动力学不对称性还可以用于分子机器和相关技术的设计。”