化学分子の世界には、全く同じ形をしていながら鏡映しの関係にあるという「鏡像異性体」が存在します。生命を構成する分子は、そのほとんどが鏡像異性体の片方だけを使っているという「ホモキラリティー」という性質を持ちます。なぜこのような偏りが生じているのかは、化学分野における未解決問題です。
2026年10月7日、スウェーデン王立科学アカデミーは、「不斉有機合成における非線形効果と自己触媒作用の発見」を理由とし、2026年のノーベル化学賞をアンリ・ボリス・カガン氏と硤合憲三氏に授与することを決定しました。
カガン氏と硤合氏による一連の発見は、生命のホモキラリティーの起源に重要な手掛かりを与えています。ただし注意しないといけないのは、これは起源の “解明” ではないということです。本記事では、カガン氏と硤合氏が発見したものについて解説し、生命のホモキラリティーの起源においてどの程度の立ち位置にあるのかを解説します。
分子を鏡像異性体の片方に偏らせるのは大変
私たちの両手を見てみると、右手の形と左手の形はよく似ていますが、お互いに鏡映しとなっており、決してぴったりと重ねることはできません。
このような鏡像関係は化学分子の世界にもあり、「キラリティー（対掌性）」と呼ばれています。そして、キラリティーな性質を持つ分子のことを「鏡像異性体（エナンチオマー）」と呼んでいます。
鏡像異性体の関係にある分子を比較しても、通常はほとんど区別が付きません。なぜなら化学組成、融点、沸点、溶解度、密度、熱伝導率など、ほぼ全ての性質が全く同じだからです。しかし、結晶構造や光学特性、そしてなにより生化学反応における反応といった性質には大きな違いがあります。
生体を構成する分子には、キラリティーを持つものが無数にあります。例えば細胞本体を作ったり化学反応を調整したりするタンパク質や酵素、遺伝情報を保持・伝達するDNAやRNAは、アミノ酸や糖で構成されており、多くの分子がキラリティーの性質を持ちます。
ところが不思議なことに、生体内のほとんどのアミノ酸は左手型、ほとんどの糖は右手型であることが分かっています。右手型のアミノ酸や左手型の糖が生体内に皆無というわけではなく、中には重要な反応に絡んでいる分子もあるのですが、いずれにしても量的にはかなり大きく偏っていることは分かっています。
分子が片方の鏡像異性体に偏っていることを「ホモキラリティー」と呼ぶため、生命はホモキラリティーであると表現されます。これは、生命にまつわる大きな謎の1つとなっています。なぜなら、多くの化学反応は鏡像異性体を区別せず、半々の割合で生成するためです。生命が介在する化学反応は、鏡像異性体を区別する数少ない化学反応です。
人工的な場でも、鏡像異性体の片方だけを生み出す不斉触媒の存在は極めて重要です。不斉触媒の発見に関するものだけでも過去に2度（2001年と2021年）ノーベル化学賞が授与されています。大雑把に見れば、不斉反応はそれだけ制御が困難であると見ることもできます。
約46億年前に誕生した生命は、生命が介在しない化学反応から誕生したはずであることを考えると、鏡像異性体を区別し、かつ生命が介在しない化学反応がそこにあったはずです。生命のホモキラリティーの起源に関して、もう少し詳しい条件を考えたのは、物理学者のサー・フレデリック・チャールズ・フランクであり、1953年に以下の3条件を考案しました。これは現在では「フランクモデル」と呼ばれています。
不斉触媒と不斉反応が存在する。すなわち、鏡像異性体の片方を多く作る化学反応が存在する。
阻害剤が存在する。すなわち、鏡像異性体の片方を多く作る一方、もう片方が作られるのを抑える化学反応がある。
自己触媒作用が存在する。すなわち、化学反応で作られた分子自身が、その化学反応の触媒となる。
1番目の「不斉触媒と不斉反応」は1904年の時点で発見例があるものの、その後数十年の研究でも、とてもわずかな偏りしか作ることができませんでした。3番目の「自己触媒作用」も、ただの化学反応ならば無数の例がありますが、これらは不斉反応ではありません。特に2番目と組み合わせた「不斉自己触媒作用」については、フランクモデルが提唱された頃は完全に前人未到の領域でした。
アンリ・B・カガン氏が発見した「非線形効果」とは何か
この未踏の領域に初めて答えを示したのが、2026年のノーベル化学賞を授与されたアンリ・ボリス・カガン氏と硤合憲三氏です。カガン氏は「非線形効果」を、硤合氏は「正の非線形効果を持つ不斉自己触媒作用」の発見により、フランクモデルの未回答な部分に対する答えを示しました。
カガン氏が発見した非線形効果は、不斉反応における新たな現象です。鏡像異性体の片方を多く作る化学反応である不斉反応には、しばしば不斉触媒が使われます。これは触媒そのものがキラリティーを持つことにより、鏡像異性体の片方を、もう片方と比べて多く生成する性質があります。
カガン氏の発見以前では、不斉触媒のキラリティーの偏りと、生成される分子のキラリティーの偏りは単純な比例関係にあると考えられていました。つまり、高い純度で鏡像異性体の片方だけを合成したい場合、触媒のキラリティーもかなり高い割合で偏らせないといけないと考えられてきたのです。
しかし1976年から、一部の不斉反応ではそれほど単純な関係ではないことが示唆されてきました。この示唆に対して決定的な答えを出したのがカガン氏と同僚の研究チームです。
1986年、カガン氏は同僚と共に不斉触媒に関する研究を行っている中で、触媒の金属イオンにくっついている分子が2個の場合、その組み合わせによって反応が様変わりするのを発見しました。
鏡像異性体は2種類あるため、分子が2個である場合、くっついている分子の組み合わせは同じ鏡像異性体の組み合わせである「右手型+右手型」「左手型+左手型」という場合と、異なる鏡像異性体の組み合わせである「右手型+左手型」という場合が発生します。同じものがくっついている前者を「ホモキラル錯体」、異なるものがくっついている後者を「ヘテロキラル錯体」と呼びます。ホモキラル錯体は鏡像異性体のほぼ片方しか生成しないのに対し、ヘテロキラル錯体は鏡像異性体をほぼ半々の割合で生成します。
カガン氏らは、ホモキラル錯体とヘテロキラル錯体は必ずしも触媒活性（触媒としての働き）が同じではなく、ホモキラル錯体の方が触媒活性が高い場合もあれば、ヘテロキラル錯体の方が触媒活性が高い場合もあることを発見しました。この違いにより、単純な比例関係を逸脱した「非線形効果」が生じます。ホモキラル錯体の活性が高い場合、生成物のキラリティーの偏りは予想より高くなる「正の非線形効果」が、逆に低い場合、生成物のキラリティーの偏りは予想より低くなる「負の非線形効果」が発生します。カガン氏は3つの不斉反応で非線形効果の存在を証明しました。
非線形効果の発見は、不斉反応を利用する医薬品合成において重要です。これまでは、鏡像異性体の片方だけを合成したい場合、触媒のキラリティーの偏りを高める工夫が必要でした。しかし非線形効果は、触媒のキラリティーの純度がそこまで高くなくても、生成物のキラリティーの純度を高められるということを示しています。実際、L-699392と呼ばれるロイコトリエン受容体拮抗薬（体内のアレルギー反応を抑え、喘息による咳の発作などを起こりにくくする薬）の候補化合物では、70%程度の偏りしかない触媒から、97.5%の純度で鏡像異性体の片方だけを合成することに成功しています。
硤合憲三氏が発見した「硤合反応」とは何か
非線形効果の発見はフランクモデルの答えの一部として重要なものの、しかし生命のホモキラリティーのような極端な偏りを説明するには不十分でした。もしも非線形効果で生命のホモキラリティーを説明するならば、ここにさらに自己触媒作用を追加した「正の非線形効果を持つ不斉自己触媒作用」が必要となります。
自己触媒作用とは、化学反応で生じた生成物自体が触媒となるような反応です。化学反応が進めば進むほど触媒が増えるため、原料物質さえあれば勝手に反応が加速することになります。自己触媒作用そのものは無数の例がありますが、キラリティーを偏らせるような不斉自己触媒作用はそれまで未発見でした。
1990年、硤合氏は同僚と共に、ある触媒を使った化学反応の研究を行ったところ、生成物も元と同じ触媒になることを発見しました。この発見で重要なのは、触媒にキラリティーがあることです。生成物として生み出された分子のキラリティーは、触媒そのもののキラリティーと部分的に一致していたのです。これは不斉自己触媒作用とは言えないものの、かなり近い反応が起きていることを示しています。
そして1995年、硤合氏らは重要な発見をしました「5-ピリミジルアルカノール」という分子は、「ピリミジン-5-カルバルデヒド」に「ジイソプロピル亜鉛」を化合させてできる分子であり、この反応を促進する自己触媒作用を持ちます。重要なのは、反応前後におけるキラリティーの偏りです。
硤合氏らは、5-ピリミジルアルカノールの鏡像異性体の偏りを、完全な半々から5%だけ偏らせた状態で反応をスタートさせました。その結果、数回の反応で5-ピリミジルアルカノールの鏡像異性体の片方の純度が95%に達する非線形効果が見られました。これは世界初の、正の非線形効果を持つ不斉自己触媒作用の発見例です。今日ではこの反応は「硤合反応（Soai反応）」と呼ばれています。
2003年には、硤合反応に類似した、もっと極端な例が見つかりました。この反応の例では、スタート時点での鏡像異性体の偏りはわずか200万分の1でしたが、3回の反応で片方に対する純度が99.75%、実に63万倍も純度を高めることに成功しています。
生命のホモキラリティーの起源の「重要な手掛かり」
カガン氏と硤合氏が示した一連の発見は、フランクモデルの答えであり、生命のホモキラリティーの起源を探る上で重要な手掛かりです。これはノーベル財団の公式資料でも、硤合反応を指して「生命そのものを除けば、これまで誰もこの偉業を成し遂げたことはなかった」と評価しているほどです。
しかし注意しないといけないのは、一連の発見はあくまでも起源の手掛かりであり、答えではないということです。多くの報道では「解明」というニュアンスで報じていますが、公式資料では「解決策の1つを提示した」だけであり、「答えではない」と明記されているため、完全に解明したかのような表現は不正確であることになります。
実際、硤合反応は水があると進まない反応であり、生命とはかけ離れた極めて人工的な反応です。生命のホモキラリティーの起源を述べるには、アミノ酸や糖で硤合反応のようなものを発見しないといけませんが、現時点ではそのような反応は見つかっていません。
また、カガン氏と硤合氏はフランクモデルの実在を証明しているものの、フランクモデルは生命のホモキラリティーの起源の1つの説でしかないことにも注意しないといけません。実際、硤合反応のような反応に頼らずとも、ホモキラリティーの起源になりうるプロセスが理論モデルとして提唱されています。硤合反応のような反応は興味深いものの、生命のホモキラリティーの起源とは無関係かもしれない可能性は残されてます。生命のホモキラリティーに硤合反応のような反応がからんでいるかどうかは、今後の研究で明らかにされていくことでしょう。
カガン氏と硤合氏の発見は、確かにノーベル化学賞に匹敵するほど重要な発見であることは間違いありません。しかし筆者としては、その発見がどのような重要性を持っているのかは、ニュアンスに注意して伝えなければいけないと考えます。
ひとことコメント
スゴい発見だからこそ、何がスゴくて何が未到達なのか、ちゃんと伝えないといけないと思うのよ。（筆者）
文／彩恵りり 編集／sorae編集部
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