Naamán y su equipo descubrieron que las moléculas quirales filtran electrones según la dirección de su giro. Los electrones con una orientación de espín se moverán más eficientemente a través de una molécula quiral en una dirección que en la otra. Los electrones con espín opuesto se mueven más libremente en sentido contrario.
Para entender por qué, imaginemos que lanzamos un disco volador que rebota en la pared de un pasillo. Si el Frisbee golpea la pared derecha, rebotará hacia adelante sólo si gira en el sentido de las agujas del reloj; de lo contrario, rebotará hacia atrás. Ocurrirá lo contrario si golpeas el Frisbee contra la pared izquierda. De manera similar, las moléculas quirales “dispersan los electrones según su dirección de rotación”, dijo Naamán. Él y su equipo denominaron a este fenómeno efecto de selectividad de espín inducida por quiral (CISS).
Debido a esa dispersión, los electrones con un espín determinado terminan agregándose en un polo de una molécula quiral (y las versiones diestra y zurda de la molécula reúnen espines opuestos en sus respectivos polos). Pero esa redistribución de espines afecta la forma en que las moléculas quirales interactúan con las superficies magnéticas porque los electrones que giran en direcciones opuestas se atraen entre sí, y los que giran en la misma dirección se repelen entre sí.
En consecuencia, cuando una molécula quiral se acerca a una superficie magnética, se acercará más si la molécula y la superficie tienen sesgos de espín opuestos. Si sus giros coinciden, se repelerán. (Debido a que también ocurren otras interacciones químicas, la molécula no puede simplemente girarse para realinearse). Por lo tanto, una superficie magnética puede actuar como un agente quiral, interactuando preferentemente con un solo enantiómero de un compuesto.
En 2011, en colaboración con un equipo de la Universidad de Münster en Alemania, Naaman y su equipo midió el giro de electrones a medida que se movían a través del ADN de doble cadena, lo que confirma que el efecto CISS es real y fuerte.
Fue entonces cuando la investigación sobre el efecto y sus posibles aplicaciones “comenzó a crecer”, dijo Naaman. Él y su equipo, por ejemplo, desarrollaron varias formas de utilizar el efecto CISS para eliminar impurezas de los biomedicamentos o para excluir los enantiómeros incorrectos de los medicamentos para prevenir efectos secundarios importantes. También han explorado cómo el efecto CISS podría ayudar a explicar la mecanismos de anestesia.
Pero sólo empezaron a trabajar seriamente en la idea de que el efecto CISS desempeña un papel en el aumento de la homoquiralidad biológica después de que un equipo de Harvard dirigido por el astrónomo los invitara a colaborar en una hipótesis. Dimitar Sasselov y su estudiante de posgrado S. Furkan Oztürk.
Una perspectiva de la física
Ozturk, el joven autor principal de los artículos recientes, se encontró con el problema de la homoquiralidad en 2020 cuando era estudiante de posgrado en física en Harvard. Descontento con su investigación sobre simulaciones cuánticas utilizando átomos ultrafríos, hojeó una revista científica que detalla 125 de los mayores misterios del mundo y aprendió sobre la homoquiralidad.
“Parecía realmente una cuestión de física porque se trata de simetrías”, dijo. Después de contactar a Sasselov, director de la Iniciativa Orígenes de la Vida de Harvard y que ya estaba interesado en la cuestión de la homoquiralidad, Ozturk pasó a ser estudiante de su laboratorio.