生命不息，“手性”不止？漫谈有机化学中“手性”的起源

 组成生命的基础分子大多来自于遥远而神秘的空间，大多数分子都是具有手性的。

尝试用你的右手去握同伴的左手，结果怎样、是不是怎么着都感觉不对？哈哈~你的右手掌与他/她的左手掌不能舒适地握合，这是因为手是具有非重叠镜像的手性物体。“手性”一词也是来源于此。

所有的物体（objects）均有一个镜像（吸血怪除外，哈哈），但是只有当物体本身与其镜像不重叠时才称之为手性的。若物体本身与镜像可以发生重叠，这意味着如果能把物体在镜子后面的图像“拽出”，那么两者完全一致。因此，任何的三维对象要么具有手性，要么不具有。

生命的基石是手性的

分子也是微小的三维物体，而且许多分子是手性的，这是《有机化学》中的一个常识，是由路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）在1848年发现的。手性分子本身与其镜像被称为一对对映体。大多数学者认为，在无生命的宇宙中，手性分子对映体是等量的，被称为外消旋混合物。

至今为止，已经在星际尘埃和气体云中检测到的手性分子有过氧化氢，最近又有报道检测到环氧乙烷。另外一些生命中最重要的分子，如构成DNA和RNA的基本单位核苷酸，原则上存在被称为D或L的对映体，表示“左旋”和“右旋”两种形式。

一直困扰着数代科学家的一个事实是：活性有机体只含有D型核苷酸！换句话说，生命是同手性的！

怎么说呢？单单就其本身而言，生命形式的这种同手性并不起眼。科学家们已经在实验室证实：左右异向的DNA和RNA不能发挥其本身的功能，甚至在生物体内根本无法形成。不过，问题是：为什么生命体是D型而不是L型的手性形式？

像蜗牛壳这类螺旋物体就是镜像非重叠的实例。

在生命的起源中，D型核苷酸聚合物究竟以何种方式被选择出来并不断手性增强，而L型最终消失，这种机制到底是什么？

生命体的其他众多组成分子，譬如氨基酸也是手性的，氨基酸只存在L型对映体。去年，有科学家提出一种特殊的L型甘氨酸（氨基酸最简单的一种分子形式，普通甘氨酸不具有手性）可能有助于产生其他L型氨基酸。但是这种机制不能指导DNA和RNA等D型核苷酸。

漫谈过氧化氢

去年年底，澳大利亚国立大学（ Australian National University）的Rowena Ball等学者提出：过氧化氢可以调解低过量D型聚核苷酸同手性的扩增。

过氧化氢分子是在38亿多年前伴随生命的出现而出现，现也存于火星、土卫一、木卫二上。上文提到，太阳系外也有检测到过氧化氢的存在。

Rowena Ball等人之前的研究表明，过氧化氢可能为前细胞原始生命（“RNA世界”）提供了必要的周期性驱动。而最近的研究则专注于过氧化氢另一个显著的特性：过氧化氢本身是最小、最简单的手性分子，以一对对应体（M和P）的形式出现。

居里原则指出，原因的对称性总是反映在结果中。放在当下环境中，可以理解为手性引起手性。换句话说，为了实现手性的选择性合成、分离及扩增，需要提供手性剂，或者外加力。

事实上，在目前实验室中，已经有学者使用手性有机过氧化物来调解手性分子的生产。这样来看，从原则上来说，或许过氧化氢也可以采取类似的方式。

M型（左）和P型（右）过氧化氢对映体的3维结构表征。插图为制作P型对映体模型

目前普遍为人接受的一种解释是，陨石轰击导致少过量的L型氨基酸落在古老的地球上。并且，低过量的L型氨基可以催化产生少量D型核苷酸前躯体。在这种情况下，导致D型多核苷酸超过L型多核苷酸。值得一提的是， RNA中，相比L型链，D型链倾向于具有更长的平均长度。

在原始汤中，容易发生一个或其他过氧化氢对映体的局部过量。而多核苷酸间的特殊作用倾向破坏较短的L型链，保留下来较长的D型链。

随着更多的L型链被破坏，过氧化氢能够 “持续被残杀”，即通过一个对映体（M）优先氧化破坏L型链。

总的来说，这一过程消耗了L型多核苷酸，换之D型链增多且平均长度增加。不过在此过程中过氧化氢仍是外消旋混合物， M型和P型对映体在时间和空间上保持平衡。所以得到一个微妙的强化效果：随着时间推移，D/P比例增加，而L/M比例降低。

因此，本身手性均一性（同手性）的出现赋予了RNA物种重复再生的优势。那么，在宇宙的其他地方，是否存在由L型核苷酸构成的镜像生命体呢？这一疑问恐怕短期内无人能够解答。

澳大利亚著名学者Rowena Ball表示，或许从某种意义上说人类都是“吸血鬼”。因为人体都是分子组成的反映，而在世界上没有与之相应的自然镜像。那么人类的镜像是如何消失的呢？这或许又是一个值得永生探索的奥秘。

参考链接：The riddle of life's single-handedness

本文由材料牛Jason、糯米编辑整理。