வேதியியல் தேர்ந்தெடுக்கும் மூலக்கூறின் கண்ணாடிப் பிரதிமை

द्वा सुपर्णा सयुजा सखाया समानं वृक्षं परिषस्वजाते ।
तयोरन्यः पिप्पलं स्वाद्वत्त्यनश्नन्नन्यो अभिचाकशीति ॥
-Mundak Upanishad

முண்டக உபநிடதத்தின் புகழ்பெற்ற இப்பாடல், ஒரு மரத்தில் அமர்ந்திருக்கும் இரட்டைப் பறவைகளை நம் மனக்கண் முன் நிறுத்துகிறது. ஒன்று மரத்தின் கனியைச் சுவைத்து அனுபவிக்கும்போது, மற்றொன்று எதையும் உண்ணாமல் அவற்றைக் கவனித்தபடி இருக்கிறது. இந்தக் காட்சி தத்துவச் சிந்தனையைத் தூண்டுவதோடு நில்லாமல், அறிவியலாளரின் மனத்தில் பல்லாண்டுகளாக விடை தேடப்படும் ஒரு புதிரையும் நினைவூட்டுகிறது.

சமச்சீரின்மை மூலக்கூறின் இரண்டு கண்ணாடிப் பிரதிமைகளான எதிரொளி மாற்றுருக்களின் (enantiomers) வேதியியல் பயணம், படிகங்களின் முகப்புகளில் தொடங்கி, புவியில் உயிர் தோன்றிய ஆழமான புதிர்வரை விரிகிறது. இயற்கை தனது வேதியியல் தேர்வுகளை எவ்வாறு செய்கிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்ளும் தேடலும் இதுவே.

சிறுவயது முதல் கோலங்களையும், கோவில் கோபுரங்களையும், அவற்றில் அணிவகுக்கும் சிற்பங்களையும் பார்த்து வளர்ந்தவருக்குச் சமச்சீர்மை இயல்பாகவே கண்ணில் படும். கோபுரங்களின் இருபுறமும் ஒரே தோற்றத்தில் எதிரெதிராக நிற்கும் யாளி போன்ற உருவங்களைப் பழகிய மனம், இயற்கையின் விலங்குகள், இலைகள், மலர்களிலும் கண்ணாடிப் பிரதிமைகளைத் தேடத் தொடங்குகிறது. ஆனால், வெளித்தோற்றத்தில் இருபுறமும் சமமாகத் தெரியும் வடிவத்துக்கும், தன் கண்ணாடிப் பிம்பத்துடன் ஒன்றன்மேல் ஒன்றாகப் பொருந்தாத வடிவத்துக்கும் இடையிலான நுட்பமான வேறுபாடு, வேதியியலாளரைச் சமச்சீரின்மை (chirality) எனும் அறிவியல் உலகிற்கு அழைத்துச் செல்கிறது. கோலத்தின் சமச்சீர்மையை ரசித்த அதே கண்கள், சமச்சீரின்மை மூலக்கூறுகளின் வலது, இடது வடிவங்கள் ஏன் ஒரே மாதிரி நடந்துகொள்வதில்லை என்று கேட்கும்போது, ஆராயும் தேடல் அறிவியல் சிந்தனையாக மாறுகிறது.

மலரிதழ்கள், கொடிச்சுருள்கள், சிப்பிகள், இலைகள் ஆகியவை இயற்கையில் சமச்சீரையும் சமச்சீரின்மையையும் வெளிப்படுத்துகின்றன; இவற்றைக் கவனித்த மனிதன் அவற்றைத் தன் கலைப் படைப்புகளிலும் பயன்படுத்தினான். ஆனால் இந்தப் பண்டைய அறிவுக்கும் நவீன மூலக்கூறு சமச்சீரின்மைக்கும் முக்கியமான வேறுபாடு உண்டு. சுருளை வலஞ்சுழி, இடஞ்சுழி என அடையாளம் காண்பதும், மூலக்கூறின் தனித்துவமான கண்ணாடிப் பிரதிமையை உருவாக்கி, அதன் முப்பரிமாண அமைப்பு உயிரியல் செயல்பாட்டை எவ்வாறு மாற்றுகிறது என்பதைப் புரிந்துகொள்வதும் வெவ்வேறு நிலைகள். மூலக்கூறுகளை அறியாதபோதும் கண்ணாடிப் பிரதிமைகளின் வடிவியலை உணர்ந்திருந்த பண்டைய மனிதனின் கவனிப்புத் திறன் இந்த வரலாற்றில் முக்கிய இடம் வகிக்கிறது. ஆனால் பல நூற்றாண்டுகளாகக் கண்ட நிகழ்வை அறிவியல் புதிய கேள்வியுடன் அணுகும்போது, தத்துவக் கருத்தையும் ஆய்வகத்தில் நிரூபிக்கப்பட்ட வேதியியல் உண்மையையும் தெளிவாக வேறுபடுத்த வேண்டும். பிரதிபலிப்பைப் பற்றிய மனிதனின் பொது அனுபவத்தை அளவிடக்கூடிய பொருள் பண்பாக மாற்றியதே நவீன வேதியியலின் சாதனை.

படிகங்கள் வெளிப்படுத்திய மறைபொருள் வடிவியல்

மூலக்கூறுகளின் சமச்சீரின்மையைப் புரிந்துகொள்ள உதவிய ஆரம்பகாலக் குறிப்புகள் மருந்துகளிடமிருந்து அல்ல, இயற்கையின் அற்புத ஆசிரியர்களான படிகங்களிடமிருந்தே கிடைத்தன. படிகங்களின் வெளிப்புற வடிவம், உள்ளே அணுக்களும் அயனிகளும் எவ்வாறு ஒழுங்காக அமைந்துள்ளன என்பதைப் புலப்படுத்துகிறது. உப்பு கனசதுரமாகவும், குவார்ட்ஸ் தனித்துவமான பட்டகங்களாகவும் படிகமாகின்றன; பல கனிமங்களின் படிக முகங்கள் குறிப்பிட்ட வடிவியல் விதிகளின்படி அமைகின்றன.

பதினெட்டாம் நூற்றாண்டில் பிரெஞ்சு கனிமவியலாளர் ரெனே ஜஸ்ட் ஹாய் (René Just Haüy) படிக வடிவங்களை முறையாக ஆராய்ந்து, படிகவியலை அறிவியல் துறையாக வளர்த்தார். சிக்கலாகத் தோன்றும் பல படிக வடிவங்களும் அடிப்படை வடிவியல் விதிகளையே பின்பற்றுகின்றன என்பதை அவர் காட்டினார். ஆனால் சில வேதிப்பொருட்களின் படிகங்கள், அவற்றின் வேதியியல் கலவையை மட்டும் கொண்டு விளக்க முடியாத சமச்சீரின்மையைக் கொண்டிருந்தன. சில படிகங்கள் வலது கை, இடது கை என இரு வடிவங்களில் இருந்தன;

எடுத்துக்காட்டாக, குவார்ட்ஸில் வலஞ்சுழி, இடஞ்சுழி அமைப்புகள் காணப்பட்டன. தளவிளைவு ஒளியை (polarized light) இவற்றின் வழியே செலுத்தும்போது, ஒளியின் தளவிளைவு திசை இரு வடிவங்களிலும் எதிரெதிர் திசைகளில் சுழல்கிறது. இது ஒளிச் சுழற்சி (optical rotation) எனப்படுகிறது; படிக, மூலக்கூறு அமைப்புக்கும் ஒளியின் நடத்தைக்கும் இடையே அளவிடக்கூடிய தொடர்பை இது ஏற்படுத்தியது. அக்காலத்தில் மூலக்கூறு அமைப்பு, சமச்சீரின்மை, உயிரியல் செயல்பாடு ஆகியவற்றுக்கிடையிலான நவீனத் தொடர்பு இன்னும் நிறுவப்படவில்லை; ஆனால் அதற்கான கருத்தியல் அடித்தளமும் கருவிகளும் வளர்ந்துகொண்டிருந்தன.

இந்த முன்னேற்றத்தின் முக்கியத் திருப்பம் பிரெஞ்சு ஆய்வகத்தில் நிகழ்ந்தது. டார்டாரிக் அமிலத்தின் படிகங்களைக் கவனமாக ஆராய்ந்த ஓர் இளம் விஞ்ஞானி, வேதியியலின் வரலாற்றையே மாற்றவிருந்தார்.

வேதியியலை மாற்றிய சிறிய படிகங்கள்

1848ஆம் ஆண்டில் லூயி பாஸ்டர் (Louis Pasteur) டார்டாரிக் அமிலத்துடன் தொடர்புடைய ஓர் உப்பின் படிகங்களை ஆராய்ந்தார். அவற்றில் இரு வேறு வடிவங்கள் இருப்பதையும், அவை ஒன்றுக்கொன்று கண்ணாடிப் பிம்பங்களாக அமைந்திருப்பதையும் கண்டார். படிகங்களின் வெளிப்புறத்திலிருந்த சிறிய முகங்கள் எதிர்மாறான திசைகளில் அமைந்திருந்தன; அவை அளவு வேறுபாடோ தற்செயலான குறைபாடோ அல்ல, முறையான வடிவியல் அமைப்பு. அதைவிட வியப்பூட்டியது: ஒரு வகைப் படிகங்களின் கரைசல் ஒளியின் தளவிளைவை ஒரு திசையில் சுழற்றியது; மற்றொரு வகை எதிர்த் திசையில் சுழற்றியது. இவ்வாறு படிகங்களின் வெளிப்புற வடிவில் காணப்பட்ட கைப்பண்புக்கும், கரைசலில் அளவிடப்பட்ட ஒளியியல் பண்புக்கும் இடையிலான தொடர்பை பாஸ்டர் வெளிப்படுத்தினார். இங்கு ஒரு முக்கிய நுட்பத்தைப் புரிந்துகொள்ள வேண்டும். பாஸ்டரின் புகழ்பெற்ற ஆய்வு, டார்டாரிக் அமிலத்தின் இரு தூய மூலக்கூறு வடிவங்களை எளிமையாகப் பிரித்ததாக மட்டும் கூறிவிட முடியாது. அவர் ஆய்வு செய்தது சோடியம் அமோனியம் டார்ட்ரேட் என்ற உப்பின் குறிப்பிட்ட படிக வடிவங்களை; படிகங்களின் கைப்பண்புக்கும் மூலக்கூறு அமைப்புக்கும் இடையிலான தொடர்பைப் படிகமாதலின் தன்மையையும் கணக்கில் கொண்டே புரிந்துகொள்ள வேண்டும். பின்னர் பாஸ்டர் டார்டாரிக் அமிலத்தின் பல வடிவங்களை ஆராய்ந்து, மூலக்கூறுகளின் சமச்சீரின்மையே ஒளியியல் செயல்பாட்டுக்குக் காரணமாக இருக்கலாம் என்ற கருத்தை விரிவுபடுத்தினார்; சமச்சீரின்மைக்கும் உயிருக்கும் உள்ள தொடர்பையும் ஆராய்ந்தார். ஆனால் உயிரியல் சமச்சீரின்மை பற்றிய இன்றைய முழுமையான புரிதல் உருவாக இன்னும் பல தசாப்தங்கள் ஆயின.

ஒரே வேதியியல் வாய்ப்பாடு கொண்ட இரு மாதிரிகளும் குறிப்பிட்ட அளவீட்டில் வேறுபடக்கூடும் என்பதை அவரது ஆய்வு காட்டியது. இன்றைய மருந்து ஆய்வகங்களில் எதிரொளி வடிவங்களை வேறுபடுத்தக் கைச்சீர்மப் பிரிப்பு நிறப்பிரிகை, நிறமாலை ஆய்வுகள், படிகவியல் உள்ளிட்ட பல பகுப்பாய்வு முறைகள் பயன்படுகின்றன. பாஸ்டரிடம் இவை எதுவும் இல்லை; நுண்ணோக்கி, சிறிய சாமணம், படிகமாக்கும் முறை, ஒளிச் சுழற்சி அளவிடும் கருவி ஆகியவற்றைக் கொண்டே அவர் புதிய அறிவியல் துறையின் கதவைத் திறந்தார். https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/chir.23349

இன்றைய மொழியில் இதை விளக்கும்போது ஒரு நுணுக்கத்தை நினைவில் கொள்ள வேண்டும். படிகத்தின் வெளிப்புற வடிவம், அதன் உள்ளமைப்பு, கரைசலிலுள்ள மூலக்கூறுகளின் சமச்சீரின்மை ஆகியவை தொடர்புடையவை என்றாலும் ஒரே விஷயம் அல்ல. சமச்சீரற்ற படிகங்கள் எல்லாம் சமச்சீரற்ற மூலக்கூறுகளால்தான் உருவாக வேண்டும் என்பதில்லை; அதேபோல், சமச்சீரற்ற மூலக்கூறுகளைக் கொண்ட எல்லாப் படிகங்களும் வெளிப்புறத்தில் வலது, இடது வடிவங்களாகத் தெளிவாக வேறுபடுவதில்லை. இந்த வேறுபாடுகளைப் புரிந்துகொண்டதால்தான் படிகவியல் தனித்துவமான அறிவியல் துறையாக வளர்ந்தது.

இந்தக் கருத்தியல் முன்னேற்றத்துக்கு முன்பு, கட்டமைப்பு வேதியியல் சூத்திரங்கள் பெரும்பாலும் காகிதத்தில் வரையப்பட்ட தட்டையான அணு அமைப்புகளாகவே கருதப்பட்டன. வான் ’ட் ஹாஃப் (van ’t Hoff) முன்வைத்த நான்முக மாதிரி, இரு மூலக்கூறுகளில் ஒரே அணுக்களும் ஒரே பிணைப்புத் தொடர்புகளும் இருந்தாலும், பிணைப்புகள் முப்பரிமாணத்தில் அமையும் திசைகள் வேறுபடக்கூடும் என்பதை விளக்கியது. ஒரு கார்பன் அணு H, F, Cl, Br என நான்கு வெவ்வேறு குழுக்களுடன் இணைந்துள்ளது என்று எடுத்துக் கொள்வோம். இக்குழுக்கள் ஒரு நான்முகத்தில் ஒரு விதமாகவும், அதன் கண்ணாடிப் பிம்பத்தில் வேறு விதமாகவும் அமையலாம். அவ்விரு வடிவங்களையும் வெறும் சுழற்சியால் ஒன்றன்மேல் ஒன்றாகப் பொருத்த முடியாவிட்டால், அவை வெவ்வேறு ஸ்டீரியோஐசோமர்கள். வான் ’ட் ஹாஃப்பின் இக்கோட்பாடு முதலில் எதிர்ப்புகளைச் சந்தித்தாலும், பின்னர் கரிம வேதியியலின் அடித்தளங்களில் ஒன்றானது. எந்த அணுக்கள் ஒன்றோடொன்று இணைந்துள்ளன என்று கேட்டுவந்த வேதியியல், அவை முப்பரிமாணத்தில் எவ்வாறு அமைந்துள்ளன என்றும் கேட்கத் தொடங்கியது.

அப்போது சர்க்கரைகளின் எதிரொளி வடிவங்களை வரைபடமாக்குவது பெரும் சவாலாக இருந்தது; கார்போஹைட்ரேட்டுகள் அதற்குச் சிறந்த சோதனைக் களமாயின. சர்க்கரை மூலக்கூறுகளில் பல கார்பன் அணுக்கள் ஸ்டீரியோஜெனிக் மையங்களாக இருக்கலாம்; ஒவ்வொரு மையத்திலும் வெவ்வேறு முப்பரிமாண அமைப்புகள் சாத்தியம் என்பதால், குறைந்த எண்ணிக்கையிலான மையங்களைக் கொண்ட மூலக்கூறுகூடப் பல ஸ்டீரியோஐசோமர்களைக் கொண்டிருக்க முடியும். ஜெர்மானிய வேதியியலாளர் எமில் ஃபிஷர் (Emil Fischer) தனது சர்க்கரை ஆய்வுகள் மூலம் இப்பிரச்சினையைத் தீர்ப்பதில் பெரும் முன்னேற்றம் கண்டார். 1880களிலும் 1890களிலும் சர்க்கரைகளின் வேதிவினைகளைக் கொண்டு அவற்றின் கட்டமைப்புகளுக்கிடையிலான தொடர்புகளை ஆராய்ந்து, ஃபிஷர் புரொஜெக்ஷன் முறையை அறிமுகப்படுத்தினார். சர்க்கரைகள் வெறும் ஆற்றல் மூலப்பொருட்கள் அல்ல; அவை உயிரணு வளர்சிதை மாற்றத்தில் பங்கேற்கின்றன, கட்டமைப்புப் பணிகளைச் செய்கின்றன, நியூக்ளிக் அமிலங்களின் கூறுகளாகவும் உள்ளன. உயிருள்ள செல் சர்க்கரையின் எல்லா ஸ்டீரியோஐசோமர்களையும் ஒன்றுக்கொன்று மாற்றாகப் பயன்படுத்துவதில்லை; ஹைட்ராக்சில் குழுக்களின் முப்பரிமாண அமைப்பே, எந்த நொதி அம்மூலக்கூறுடன் பிணையும் என்பதையும், அதன்பின் எந்த வினைகள் நடைபெறும் என்பதையும் தீர்மானிக்கிறது. இவ்வாறு ஃபிஷரின் பங்களிப்பு, ஸ்டீரியோவேதியியலைக் கண்ணாடிப் பிரதிமைகள் பற்றிய கோட்பாட்டிலிருந்து, உயிரியல் முக்கியத்துவம் வாய்ந்த மூலக்கூறுகளின் கட்டமைப்புகளை அடையாளம் காண உதவும் நடைமுறை அறிவியலாக மாற்றியது.

ஆனால், ஒரு மூலக்கூறின் அமைப்பை முன்மொழிவதற்கும், அது உண்மையில் கொண்டுள்ள முப்பரிமாண அமைப்பைப் பரிசோதனையால் நிறுவுவதற்கும் இடையே இன்னும் இடைவெளி இருந்தது. எக்ஸ் கதிர் படிகவியல் (X-ray crystallography) படிகங்களில் அணுக்கள் முப்பரிமாணத்தில் எவ்வாறு அமைந்துள்ளன என்பதைக் காட்டி, மூலக்கூறுகளின் இடஞ்சார்ந்த அமைப்பையும் வலது, இடது கை வடிவங்களையும் புரிந்துகொள்ள உதவியது. சமச்சீரின்மையை அணு அளவில் விளக்கவும், மருந்துகள், வினையூக்கிகள் போன்ற புதிய பொருட்களை வடிவமைக்கவும் இந்த நுட்பம் முக்கியமானது.

தாலிடோமைடு துயரத்திலிருந்து சமச்சீரற்ற தொகுப்பு வரை

1950களின் இறுதியிலும் 1960களின் தொடக்கத்திலும் கர்ப்பிணிகளுக்கு வழங்கப்பட்ட தாலிடோமைடு மருந்து ஆயிரக்கணக்கான குழந்தைகளுக்குப் பிறவிக் குறைபாடுகளை ஏற்படுத்தியபோது, மூலக்கூறுகளின் கண்ணாடிப் பிம்ப அமைப்புகள் மருத்துவத்தில் எவ்வளவு முக்கியம் என்பது புரியத் தொடங்கியது. தாலிடோமைடின் இரு எதிரொளி வடிவங்களும் உடலில் ஒன்றிலிருந்து மற்றொன்றாக மாறக்கூடும் என்பதால், ஒன்று பாதுகாப்பானது, மற்றொன்று தீங்கானது என்று பிரித்துப் பார்க்க முடியாது.

இருபதாம் நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதியில் சமச்சீரற்ற கரிமத் தொகுப்பு (asymmetric organic synthesis) முக்கியத்துவம் பெறத் தொடங்கியது. பல கரிம மூலக்கூறுகள் சமச்சீரின்மை கொண்டவை; விரும்பிய எதிரொளி வடிவத்தை வினைகளில் அதிகமாக உருவாக்கும் வழி, வினையூக்கிகளை வடிவமைப்பதே என்று வேதியியலாளர்கள் உணர்ந்தனர். வினையூக்கி வினையின் வேகத்தையும் பாதையையும் கட்டுப்படுத்துகிறது; தான் நுகரப்படாமல் பல மூலக்கூறுகள் உருவாக உதவுகிறது. 2001ஆம் ஆண்டு வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசை வில்லியம் நோல்ஸ், ரியோஜி நொயோரி, பாரி ஷார்ப்லெஸ் ஆகிய மூவரும் பெற்றனர். நோல்ஸும் நொயோரியும் சமச்சீரற்ற வினையூக்கிகளைக் கொண்டு ஹைட்ரஜனேற்ற வினைகளில் விரும்பிய எதிரொளி வடிவத்தை உருவாக்குவதில் முக்கியப் பங்காற்றினர்; ஷார்ப்லெஸ் சமச்சீரின்மையைக் கட்டுப்படுத்தும் ஆக்சிஜனேற்ற வினைகளின் வளர்ச்சிக்குப் பங்களித்தார். மூலக்கூறுகளின் கண்ணாடிப் பிரதிமைகளை அடையாளம் காண்பதிலிருந்து, அவற்றின் உருவாக்கத்தையே கட்டுப்படுத்தும் நிலைக்கு வேதியியல் வளர்ந்ததை இப்பரிசு கொண்டாடியது. சரியான மருந்தைத் தயாரிப்பது மட்டுமல்ல, அதன் சரியான முப்பரிமாண வடிவத்தைத் தேர்ந்தெடுத்து உருவாக்குவதும் சாத்தியம் என்பதை இது நிரூபித்தது; மருந்துத் தொழிலின் வளர்ச்சிக்கும், உயிரின் அடிப்படைச் சமச்சீரின்மையைப் புரிந்துகொள்ளும் தேடலுக்கும் இது முக்கியப் பாலமானது.

இதன் மருத்துவ முக்கியத்துவத்துக்குச் சிறந்த எடுத்துக்காட்டாக, பார்கின்சன் நோய்ச் சிகிச்சையில் பயன்படும் லெவோடோபா (L-DOPA) தயாரிப்பில் நோல்ஸ் உருவாக்கிய சமச்சீரின்மை வினையூக்க முறை தொழில்துறை அளவில் பயன்பட்டது. விரும்பிய வடிவத்தை நேரடியாக உருவாக்க முடிந்ததால், தேவையற்ற எதிரொளி வடிவத்தைப் பிரித்தெடுக்கும் சிரமமும் செலவும் குறைந்தன. இதனால் வேதியியலின் குறிக்கோள், வினையை வெற்றிகரமாக நடத்துவதோடு, தேவையான எதிரொளி வடிவத்தை எவ்வாறு அதிக அளவில் உருவாக்குவது என்பதை நோக்கியும் நகர்ந்தது.

பிரெஞ்சு வேதியியலாளர் ஹென்றி ககான் (Henri Kagan) 1980களில் செய்த ஆய்வுகள், வினையூக்கியின் எதிரொளி வடிவங்களுக்கிடையிலான சிறிய அளவு வேறுபாடு, வினைவிளைபொருளில் அதைவிடப் பெரிய வேறுபாட்டை ஏற்படுத்தக்கூடும் என்பதைக் காட்டின. அவரது நேரியலற்ற விளைவு (nonlinear effect), விலையுயர்ந்த, கிட்டத்தட்ட முழுமையான சமச்சீரின்மை கொண்ட வினையூக்கியைப் பயன்படுத்துவது மட்டுமே தீர்வு அல்ல என்பதைக் காட்டியது; குறைந்த சமச்சீரின்மைத் தூய்மை கொண்ட வினையூக்கியும், சரியான வேதியியல் சூழலில், மிகத் தூய்மையான சமச்சீரற்ற விளைபொருளை உருவாக்க உதவலாம் என்ற புதிய பாதையைத் திறந்தது. மேலும், மூலக்கூறுகளின் எதிரொளி வடிவங்களுக்கிடையிலான சமநிலையை வேதிவினை எவ்வாறு மாற்றக்கூடும் என்பதையும் ககானின் ஆய்வுகள் விளக்கின.

சமச்சீரற்ற கரிமத் தொகுப்பில் தன்னியக்க வினையூக்கம்

பத்தொன்பதாம் நூற்றாண்டின் இறுதியில், ஜெர்மனியின் லீப்சிக் பல்கலைக்கழகத்தில் வேதியியலாளர் வில்லெம் ஓஸ்ட்வால்ட் (Wilhelm Ostwald) தம் ஆய்வகத்தில் பல்வேறு வினையூக்க வினைகளை ஆராய்ந்துகொண்டிருந்தார். வினையூக்கம் என்பது வினையை விரைவுபடுத்தும், ஆனால் அவ்வினையில் நுகரப்படாத பொருள் என்பதை அவர் நன்கு அறிந்திருந்தார். ஆனால் சில வினைகளில் விளைபொருளே அவ்வினையை மேலும் விரைவுபடுத்துவதையும் அவர் கவனித்தார். 1890ஆம் ஆண்டு தம் Ueber Autokatalyse என்ற கட்டுரையில் Autokatalyse என்ற ஜெர்மன் சொல்லை முதன்முதலில் அறிமுகப்படுத்தினார். இருபதாம் நூற்றாண்டின் தொடக்கத்தில் இக்கருத்து பெரும்பாலும் இயக்கவியல் (kinetics) பாடங்களில் மட்டுமே பேசப்பட்டது.

ஓஸ்ட்வால்டின் இக்கருத்து வேதியியலாளர்களுக்குப் புதிய பார்வையைத் திறந்தது. ஒரு வினையின் விளைபொருளே அவ்வினையின் வினையூக்கியாகச் செயல்படும்போது, வினையின் வேகம் காலப்போக்கில் அதிகரிக்கிறது. சாதாரண வினையூக்கத்தில் வெளியிலிருந்து ஒரு பொருளைச் சேர்க்கிறோம்; தன்னியக்க வினையூக்கத்திலோ வினையே தன் விளைபொருளை உருவாக்கி, அதன் மூலம் தன்னைத்தானே துரிதப்படுத்திக்கொள்கிறது. இதற்கு எளிய எடுத்துக்காட்டு, பள்ளிகளில் கற்பிக்கப்படும் பொட்டாசியம் பெர்மாங்கனேட் (KMnO₄), ஆக்சாலிக் அமிலம் (H₂C₂O₄) ஆகியவற்றுக்கிடையேயான வினை.

2 MnO₄⁻(aq) + 5 H₂C₂O₄ (aq)+ 6 H⁺(aq) → 2 Mn²⁺(aq) + 10 CO₂(g) + 8 H₂O(l)

அமில ஊடகத்தில் இவ்வினை நடைபெறும்போது, ஊதா நிறப் பெர்மாங்கனேட் கரைசல் தொடக்கத்தில் மெதுவாக நிறம் இழக்கிறது; சிறிது நேரத்துக்குப் பின் திடீரென வேகம் அதிகரித்து, நிறம் விரைவாக மறைகிறது. இதற்குக் காரணம், வினையில் உருவாகும் Mn²⁺ அயனிகளே இவ்வினையை ஊக்குவிப்பதுதான். மாணவர்கள் ஆய்வகத்தில் இதைச் செய்யும்போது, மெதுவாகத் தொடங்கிப் பின்னர் திடீரெனத் துரிதமாகும் இந்த நிறமாற்றத்தைக் கண்டு வியந்துள்ளனர். சிறிது மாங்கனீசு(II) சல்பேட்டை முன்பே சேர்த்தால், இந்தத் தாமதம் மறைந்து வினை உடனே தொடங்குகிறது. இது தன்னியக்க வினையூக்கத்தின் மிகத் தெளிவான எடுத்துக்காட்டு.

இதுபோன்ற பல எடுத்துக்காட்டுகள் உள்ளன. சில கரிமச் சேர்மங்களின் தன்னியக்க ஆக்சிஜனேற்ற வினைகளிலும் இதே நிகழ்வு காணப்படுகிறது; கொழுப்பு அமிலங்களின் ஆக்சிஜனேற்றத்தில் ஃப்ரீ ரேடிக்கல்கள் (free radicals) உருவாகி, தன்னியக்கச் சங்கிலி வினையைத் தொடங்குகின்றன. இவை அனைத்தும் ஓஸ்ட்வால்டின் கருத்தை உறுதிப்படுத்தின.

இக்கருத்தைச் சமச்சீரற்ற தொகுப்புடன் இணைத்தவர் ஜப்பானின் கென்சோ சோய் (Kenso Soai). ஒரு வினையில் உருவாகும் பொருளே அவ்வினையை மேலும் விரைவுபடுத்தினால் என்ன நடக்கும் என்பதே அவரது கேள்வி. 1990களில் அவர் பிரிடின்-3-கார்பால்டிஹைடுடன் டைசோபுரோபைல்சிங்க் வினையை ஆராய்ந்து, அதில் உருவாகும் ஆல்கஹால் விளைபொருளே அவ்வினையின் வினையூக்கியாகச் செயல்படுவதைக் கண்டறிந்தார்; பின்னர் பிரிமிடின்-5-கார்பால்டிஹைடைப் பயன்படுத்தி மேலும் திறமையான வினையை உருவாக்கினார். இது “சோய் வினை” (Soai reaction) எனப்படுகிறது. உருவாகும் பொருளே வினையூக்கியாகவும் செயல்பட்டு, அடுத்த கட்டத்தில் இன்னும் அதிகப் பொருளை உருவாக்க உதவும். தன்னியக்க வினையூக்கத்தைச் சமச்சீரற்ற கரிமப் பொருள் உருவாக்கத்தில் முதன்முதலில் பயன்படுத்தியவர் அவரே.

இதன் சிறப்பு என்னவெனில், தொடக்கத்தில் குறிப்பிட்ட எதிரொளி வடிவம் மிகச் சிறிய அளவே இருந்தாலும், அதைச் சார்ந்த விளைபொருள் உருவாகி, அதுவே வினையூக்கியாக மாறி, அதே வடிவம் மேலும் அதிகமாக உருவாக உதவுகிறது. புதிய விளைபொருள் மீண்டும் வினையை ஊக்குவிக்க, சமச்சீரின்மை வேறுபாடு படிப்படியாகப் பெரிதாகிறது. சோயியின் ஆய்வுகள், மிகக் குறைந்த சமச்சீரின்மை வேறுபாட்டிலிருந்து தொடங்கியும், பொருத்தமான சூழலில் மிக உயர்ந்த தேர்வுத்திறனை அடைய முடியும் என்பதைக் காட்டின. அவரது குழு, மிக உயர்ந்த enantiomeric excess (ee) கொண்ட விளைபொருளைத் தரும் தன்னியக்க வினைகளையும் ஆராய்ந்தது. இங்கு ee என்பது, இரு எதிரொளி வடிவங்களின் அளவுகளுக்கிடையிலான வேறுபாட்டை மொத்த அளவுடன் ஒப்பிடும் அளவீடு.

இவ்வினையின் வியப்பூட்டும் அம்சம், ஒவ்வொரு மூலக்கூறையும் வெளிப்புற வினையூக்கி உருவாக்குவதில்லை என்பதே; வினை உருவாக்கும் சமச்சீரற்ற பொருளே தன் சொந்த உருவாக்கத்தை மேலும் ஊக்குவிக்கிறது. இவ்வாறு மிகச் சிறிய தொடக்க வேறுபாடு, மீண்டும் மீண்டும் நிகழும் வினைச் சுழற்சிகளால் பெரிய வேறுபாடாக வளர்கிறது. சோய் வினையில், மிகச் சிறிய அளவு கண்ணாடிப் பிம்பம் (எடுத்துக்காட்டாக 0.00005 %) தொடக்கத்தில் இருந்தாலும், தொடர்ச்சியான சுழற்சிகளில் சமச்சீரற்ற தன்மை 99 %க்கும் அதிகமாக உயர்கிறது. இது “பனிக்கட்டி உருண்டை” விளைவு போன்றது; உருண்டு செல்லும் சிறிய உருண்டை பெரிதாவதுபோல, சிறிய சமச்சீரற்ற தன்மை பெரிய சமச்சீரற்ற தன்மையாக வளர்கிறது.

இது 1953ஆம் ஆண்டில் சார்ல்ஸ் ஃபிராங்க் (Charles Frank) முன்வைத்த முக்கியக் கோட்பாட்டுச் சிந்தனையை நினைவூட்டுகிறது. பொருத்தமான சூழலில் ஒரு எதிரொளி வடிவம் தன்னையே அதிகமாக உருவாக்க உதவும் வினை அமைப்பு இருந்தால், தொடக்கத்தில் ஏற்பட்ட சிறிய சமநிலையின்மை வளர்ந்து தேவையான வடிவம் மேலோங்க வழிவகுக்கலாம் என்றார் ஃபிராங்க். சோயியின் வினை இச்சிந்தனைக்கு முக்கியமான பரிசோதனை எடுத்துக்காட்டாக அமைந்தது. இந்தக் கண்டுபிடிப்புகளுக்காகவே 2026ஆம் ஆண்டு வேதியியலுக்கான நோபல் பரிசு வழங்கப்பட்டது. ஹென்றி ககான், கென்சோ சோய் ஆகிய இருவரும் சமச்சீரற்ற கரிமத் தொகுப்பில் நேரியல் அல்லாத விளைவுகள், தன்னியக்க வினையூக்கம் ஆகியவற்றைக் கண்டறிந்ததற்காக இப்பரிசைப் பகிர்ந்துகொண்டனர்.

சோய் வினைக்கு நடைமுறைப் பயன்பாடுகளும் உள்ளன. எச்.ஐ.வி மருந்தான எஃபாவிரென்ஸ் (efavirenz) தொகுப்பின் முக்கிய இடைநிலைச் சேர்மத்தை உருவாக்கத் தன்னியக்க வினையூக்க முறை பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. பாரம்பரிய முறையில் அதிக அளவு சமச்சீரற்ற வினையூக்கி தேவைப்பட்டது; தன்னியக்க முறையில் விளைபொருளே வினையூக்கியாகச் செயல்படுவதால், வினைத்திறன் அதிகரித்துச் செலவும் குறைகிறது. மேலும், தன்னியக்க வினையூக்கம் உயிரின் தோற்றம் பற்றிய ஆய்வுகளிலும் முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. பூமியில் உயிர் தோன்றியபோது மூலக்கூறுகள் ஏன் குறிப்பிட்ட சமச்சீரின்மை முறையை மட்டுமே தேர்ந்தெடுத்தன என்ற கேள்விக்கு இவ்வினைகள் சாத்தியமான விடையைத் தருகின்றன. மிகச் சிறிய சமச்சீரற்ற தன்மை (எடுத்துக்காட்டாக, வட்டமுனைப்படுத்தப்பட்ட ஒளி, சில படிகங்களின் சமச்சீரற்ற தன்மை) தன்னியக்க வினையூக்கத்தால் பெருக்கப்பட்டு, இறுதியில் ஒரே சமச்சீரின்மை மூலக்கூறுகள் ஆதிக்கம் செலுத்தியிருக்கலாம். நூற்றி முப்பதுக்கும் மேற்பட்ட ஆண்டுகளுக்கு முன் ஓஸ்ட்வால்ட் அறிமுகப்படுத்திய இச்சொல், ஆய்வக மாணவர்களின் எளிய வினையில் தொடங்கி, இன்று நவீன மருந்துத் தொகுப்பு, உயிரின் தோற்றம் பற்றிய ஆழமான கேள்விகள் வரை பயணித்துள்ளது. தன்னியக்க வினையூக்கம் இப்போது வெறும் இயக்கவியல் நிகழ்வு அல்ல; வேதியியலாளர்கள் சமச்சீரற்ற தன்மையை உருவாக்கவும் பெருக்கவும் பயன்படுத்தும் சக்திவாய்ந்த கொள்கையாக மாறியுள்ளது. இது எதிர்காலத்தில் மேலும் பல புதிய தொகுப்பு முறைகளுக்கும் உயிர்வேதியியல் புரிதலுக்கும் வழிவகுக்கும் என்பதில் சந்தேகமில்லை.

விண்வெளி வேதியியல் ஆராயும் சமச்சீரின்மை

பூமியிலுள்ள உயிரினங்களின் டி.என்.ஏ, ஆர்.என்.ஏ, அமினோ அமிலங்கள் போன்ற அடிப்படைக் கூறுகள் அனைத்தும் குறிப்பிட்ட ஒரே பக்க அமைப்பையே கொண்டுள்ளன. இந்த விசித்திரப் பண்பு பூமி தோன்றுவதற்கு முன்பே விண்வெளியில் உருவானதா என்ற கேள்விக்கான தேடல் பல தசாப்தங்களாக நடந்துவருகிறது. இயற்கையின் இந்த ஒற்றைச்சார்புத் தன்மைக்கு (homochirality) விடை தேடி, விஞ்ஞானிகள் பிரபஞ்சத்தை ஆராயத் தொடங்கினர். விண்மீன்கள் உருவாகும் பகுதிகளில் வட்டமுனைப்படுத்தப்பட்ட ஒளி (circularly polarized light) பரவியுள்ளது. இக்கதிர்வீச்சு விண்வெளியில் மிதக்கும் பனித்துகள்களின் மீது படும்போது, இடது-கை மூலக்கூறுகளைவிட வலது-கை சர்க்கரை மூலக்கூறுகளை (D-சர்க்கரைகள்) அதிகம் சிதையாமல் பாதுகாக்கிறது. இதன் விளைவாக, விண்வெளிச் சூழலில் இடது-கை சர்க்கரைகளைவிட வலது-கை சர்க்கரைகள் பல மடங்கு அதிகரித்துள்ளன. உயிரினங்கள் தோன்றுவதற்கு முன்பே D-சர்க்கரைகள் பிரபஞ்சத்தில் ஆதிக்கம் செலுத்தியதற்கு இதுவே காரணமாக இருக்கும் என்று அறிஞர்கள் கருதுகின்றனர். 2016ஆம் ஆண்டில், நமது விண்மீன் மண்டலத்தின் மையப்பகுதியிலுள்ள சஜிடேரியஸ் பி2 (Sagittarius B2) என்ற பிரம்மாண்ட விண்மீன் உருவாக்க மேகக்கூட்டத்தை கிரீன் பாங்க் தொலைநோக்கி (Green Bank Telescope, GBT) ஆராய்ந்து, விண்வெளி வரலாற்றிலேயே முதன்முறையாக, புரொப்பிலீன் ஆக்சைடு (propylene oxide) என்ற சிக்கலான சமச்சீரற்ற மூலக்கூறைக் கண்டறிந்தது. நூறு மீட்டர் விட்டமும், தடையற்ற ‘அச்சு-விலகல்’ (off-axis) வடிவமைப்பும், பெரும் உணர்திறனும் கொண்ட இத்தொலைநோக்கி, மிகத் தொலைவிலிருந்து வந்த மெல்லிய ரேடியோ அலைச் சமிக்ஞைகளைத் துல்லியமாகப் பிரித்தறிந்தது. இதன் மூலம், உயிரினங்கள் தோன்றுவதற்கான வேதிப்பொருட்கள் பூமிக்கு வெளியே, விண்வெளியின் அதீதக் குளிர்ப் பகுதிகளில் முன்னரே  தயாராகிவிட்டன என்பது உறுதியானது.

https://astrobiology.nasa.gov/news/chiral-molecule-detected-in-interstellar-space

GBT சமச்சீரற்ற மூலக்கூறுக்கு அப்பாலும், உயிரின உருவாக்க மூலக்கூறுகளைக் (prebiotic molecules) கண்டறிந்து விண்வெளி வேதியியலை (astrochemistry) முற்றிலுமாக மாற்றியமைத்தது. மரபணுக்களின் முதுகெலும்பான ரைபோஸ் சர்க்கரையை உருவாக்கும் கிளைகோலால்டிஹைடு (glycolaldehyde), அமினோ அமிலங்களின் முன்னோடியான சயனோமெத்தானிமைன் (cyanomethanimine) போன்ற பல நூதனக் கரிம மூலக்கூறுகளை அது கண்டறிந்துள்ளது. GOTHAM திட்டத்தின் மூலம், விண்வெளியில் பெரிய வளைய வடிவ அரோமடிக் கார்பன் மூலக்கூறுகள் (polycyclic aromatic hydrocarbons) எவ்வாறு உருவாகின்றன என்பதை நிரூபித்து, பிரபஞ்சத்தின் கார்பன் சுழற்சியைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகிறது. அதீத ஈர்ப்பு விசை கொண்ட நியூட்ரான் விண்மீன்களையும் (pulsars), ஈர்ப்பு அலைகளையும் (gravitational waves) கண்டறிவதிலும் இது முதன்மைப் பங்கு வகிக்கிறது.

இந்த விண்வெளி வேதியியல் கோட்பாடு வெறும் ஊகம் அல்ல என்பதை வால்நட்சத்திர மாதிரிகள் திட்டவட்டமாக உறுதிப்படுத்தியுள்ளன. நாசாவின் ஸ்டார்டஸ்ட் (Stardust) விண்கலம் வைல்ட் 2 (Wild 2) வால்நட்சத்திரத்திலிருந்தும், ஐரோப்பிய விண்வெளி முகமையின் ரொசெட்டா (Rosetta) விண்கலம் 67P வால்நட்சத்திரத்திலிருந்தும் சேகரித்த தூசி மாதிரிகளில், உயிரினங்களின் முக்கியக் கட்டமைப்பான கிளைசின் (glycine) போன்ற அமினோ அமிலங்களும் பல்வேறு சர்க்கரை மூலக்கூறுகளும் இருப்பது கண்டறியப்பட்டது. அதைவிட முக்கியமாக, இந்த விண்கற்கள், வால்நட்சத்திர மாதிரிகளில் இருந்த வேதிப்பொருட்கள் பூமியின் உயிரினங்களைப் போலவே குறிப்பிட்ட சமச்சீரின்மையை (இடது-கை அமினோ அமிலங்கள், வலது-கை சர்க்கரைகள்) கொண்டிருப்பது தெரியவந்துள்ளது. பில்லியன் கணக்கான ஆண்டுகளுக்கு முன், இளம் பூமியின்மீது கோடிக்கணக்கான வால்நட்சத்திரங்களும் விண்கற்களும் இடைவிடாது மோதியபோது, விண்வெளியில் பாதுகாக்கப்பட்டிருந்த இந்த வலது-கை சர்க்கரைகளையும் இடது-கை அமினோ அமிலங்களையும் அவை பூமிக்குக் கொண்டுவந்து சேர்த்திருக்கலாம் என்று கருதப்படுகிறது.

பூமியின் கடல்களில் விழுந்த இந்த விண்வெளி மூலக்கூறுகள், டி.என்.ஏ-வைப் போலவே தங்களுக்கே உரிய கண்ணாடிப் பிரதிமை அமைப்பின் காரணமாக ஒன்றோடொன்று கச்சிதமாக இணைந்து, முதல் உயிரணுக்களை உருவாக்கியிருக்கலாம். அதாவது, பூமியில் இன்று துடிக்கும் ஒவ்வோர் உயிரின் பின்னும், பிரபஞ்சத்தின் ஆழத்தில் நிகழ்ந்த கண்ணாடிப் பிரதிமை வேதியியலின் விதியும், அதைக் கொண்டுவந்த வால்நட்சத்திரங்களின் கொடையும் இருக்கலாம்; அதுவே சமச்சீரற்ற தன்மையைப் புரிந்துகொள்வதற்கான விடையாகவும் இருக்கலாம்.

https://phys.org/news/2026-07-scientists-rebuild-molecules-chiral-nanocarbons.html