डावा की उजवा: जेव्हा योगायोग जीवनाचा हात निवडतो

अनेक रेणू दोन आरसा-प्रतिमा रूपांत असतात, जी एकमेकांवर तंतोतंत ठेवता येत नाहीत, जसे डावा आणि उजवा हात. रसायनशास्त्रज्ञ याला कायरॅलिटी (chirality) म्हणतात आणि दोन रूपांना एनँशिओमर (enantiomers). सजीवांमध्ये अमिनो आम्ले आणि शर्करा बहुतांशी दोनपैकी एकाच रूपात आढळतात. ही विषमता कशी निर्माण झाली आणि एकच हात का निवडला गेला, हे अजूनही पूर्णपणे समजलेले नाही.

एक कल्पना अशी आहे की हे आपोआप घडले, रेसेमिक मिश्रणातून — म्हणजे दोन्ही हातांचे समान प्रमाण असलेल्या मिश्रणातून — रासायनिक समतोलापासून खूप दूर असलेल्या परिस्थितीत. आरसा-प्रतिमांचा समतोल झुकू शकतो हे प्रयोगांनी दाखवले आहे: ढवळत वाढवलेल्या सोडियम क्लोरेटच्या स्फटिकांमध्ये, सोआय अभिक्रिया (Soai reaction) म्हणून ओळखल्या जाणाऱ्या अभिक्रियेत, किंवा जीवपूर्व अभिक्रियेतून तयार झालेल्या अमिनो आम्लांच्या छोट्या साखळ्यांमध्ये.

एक बाजू निवडण्याची फ्रँकची कृती

सर्वात प्रभावी सिद्धांत 1953 मधील एफ. सी. फ्रँक यांचा आहे. त्यासाठी दोन घटक लागतात:

• स्वउत्प्रेरण (autocatalysis): प्रत्येक रेणू त्याच हाताचे आणखी रेणू तयार करायला मदत करतो.
• स्पर्धा: एक डावा आणि एक उजवा रेणू भेटले की एकमेकांचा नाश करतात.

एका उंबरठ्यानंतर 50/50 स्थिती अस्थिर होते आणि मिश्रण एका हाताकडे झुकते. या मॉडेलच्या अभिजात, निर्धारणात्मक (deterministic) आवृत्तीत अगदी लहानसा सुरुवातीचा जादा वाटाही दर वेळी विजेता ठरवतो.

पण प्रत्यक्ष रसायनशास्त्र एका वेळी एकेका अभिक्रियेने घडते. रेणू कमी असताना — जीवपूर्व वातावरणात कदाचित तसेच होते — योगायोगाची भूमिका असते. आधीच्या सिम्युलेशन्सनी असे सूचित केले होते की जो हात सुरुवातीला जास्त असतो तो नेहमीच जिंकत नाही.

योगायोगाला आकड्यांत बांधणे

जर्मनीतील आउग्सबुर्ग विद्यापीठाचे लिओनार्दो सिल्वा-डियास (Leonardo Silva-Dias) आणि क्रिस्टोफ वेबर (Christoph Weber) यांनी फ्रँकच्या मॉडेलची एक प्रमाणित आवृत्ती (कोंडेपुडी–नेल्सन मॉडेल) घेतली आणि तिच्यातील यादृच्छिकतेच्या परिणामासाठी विश्लेषणात्मक सूत्रे काढली. त्यांचे महत्त्वाचे सरलीकरण असे: कायरल रेणूंचे एकूण प्रमाण डाव्या-उजव्यांमधील समतोलापेक्षा खूप लवकर स्थिरावते, त्यामुळे प्रश्न एकाच चलापुरता उरतो — कायरल असमतोल.

यातून उभे राहणारे चित्र म्हणजे दोन दऱ्या — प्रत्येक हातासाठी एक — असलेल्या भूप्रदेशात घरंगळणारी गोटी, आणि त्या दऱ्यांच्या मध्ये एक टेकडी, म्हणजे 50/50 स्थिती. यादृच्छिक धक्के गोटीला इकडेतिकडे ढकलतात. त्यांनी प्रत्येक सूत्र अभिक्रियांच्या संगणकीय सिम्युलेशन्सशी ताडून पाहिले, प्रत्येकी 50,000 धावांची सरासरी घेऊन.

लहान संख्यांचे तीन परिणाम

1. अल्पसंख्य जिंकू शकतात. एखाद्या विशिष्ट हातावर संपण्याची शक्यता सुरुवातीच्या जादा वाट्यासोबत 0 पासून 1 पर्यंत सुरळीतपणे वाढते, आणि सुरुवात संतुलित असताना ती बरोबर अर्ध्यावरून जाते. सुरुवातीला दुर्मीळ असलेला हात वर्चस्व मिळवण्याची शक्यता नेहमीच असते. लहान प्रणालींमध्ये ही शक्यता फक्त सुरुवातीचा बिंदू दोन दऱ्यांच्या दरम्यान कुठे आहे यावर अवलंबून असते. मोठ्या प्रणालींमध्ये महत्त्वाचा असतो तो यादृच्छिक चढउतारांच्या नेहमीच्या आकाराच्या तुलनेत जादा वाटा, आणि हे चढउतार रेणूंची संख्या वाढेल तसे कमी होतात.

2. योगायोग प्रक्रिया वेगवान करतो. हात निवडण्यासाठी लागणारा वेळ प्रणालीच्या आकारासोबत वाढतो आणि सुरुवातीचा जादा वाटा वाढला की कमी होतो. यादृच्छिक धक्के गोटीला टेकडीचे टोक लवकर सोडायला मदत करतात. जीवनाच्या उगमासाठी हे महत्त्वाचे आहे: निवडीसाठी ऊर्जेचा सातत्यपूर्ण प्रवाह लागत असेल, तर तो प्रवाह किमान निवडीच्या वेळेइतका टिकला पाहिजे.

3. निवड उलटू शकते. जेव्हा रेणू त्यांच्या कच्च्या मालापासून जलद तयार होतात आणि दोन हातांमधील स्पर्धा कमकुवत असते, तेव्हा गोटी टेकडीवरून उडी मारू शकते — मिश्रण हात बदलते. टेकडीची उंची रेणूंच्या संख्येच्या प्रमाणात वाढते, आणि उडी मारण्याचा दर त्या उंचीसोबत घातांकीय पद्धतीने घटतो. त्यामुळे प्रणाली मोठ्या होतील तशी ही अदलाबदल लोप पावते.

1,000 रेणूंसह मिश्रण पुन्हा पुन्हा हात बदलते; 2,500 सह एकदाच बदलते; 5,000 सह ते जागीच राहते. — आकृती 7, Silva-Dias & Weber (2026), arXiv:2610.13523.

प्रमाणाचा प्रश्न

लेखकांचा निष्कर्ष असा की चढउतार दोन वेगळ्या भूमिका बजावतात: कोणता हात आधी निवडला जातो आणि किती वेगाने, हे ते ठरवतात, आणि नंतर ती निवड अस्थिरही करू शकतात. त्यांच्या विश्लेषणातून जीवनाच्या उगमाच्या परिदृश्यांवर एक मर्यादाही येते: निवड असमतोल-स्थितीतील परिस्थिती टिकून असतानाच घडली पाहिजे.

हे काम एकाच अभिक्रिया-योजनेपुरते आहे, कोणतीही अवकाशीय रचना नसलेल्या, नीट मिसळलेल्या प्रणालीत. लेखक कायरॅलिटीकडे नेणाऱ्या इतर मार्गांकडे लक्ष वेधतात — उदाहरणार्थ थेंबांमध्ये विलग होऊन द्रव-स्फटिक अवस्था तयार करणारे पॉलिमर — आणि हा दृष्टिकोन त्यांच्यापर्यंत विस्तारण्याचा प्रस्ताव मांडतात.