自然界中,「手性原则」的起源是什么?

发布网友发布时间：2024-10-21 10:41

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热心网友时间：2024-11-16 22:51

手性与手性原则在自然界中无处不在，尤其是与生命体的构成息息相关。手性分子，就像人的双手一样，无法通过平移和旋转完全重合，因此存在互为镜像但无法完全重合的立体构象。每一种镜像（左手型/右手型）称为一个对映体。生命体中的重要物质，如氨基酸、糖和核酸，大部分具有手性，因为它们需要相互连接、相互配对以发挥正常的生命活性。若两个分子手性相反，则它们不能很好地结合。地球上的生物体内的生命分子几乎都拥有相同的手性，氨基酸都是L-手性的，糖都是D-手性的。

手性原则的重要性体现在地球生物圈中几乎100%的手性一致性，这是一件非常神奇的现象。从化学角度来看，左右手性的分子似乎应该各占一半，但地球上的生物为什么筛选出唯一的手性，又是如何筛选出的呢？这个问题关系到生命起源，甚至是宇宙中的生命起源。目前人类尚未找到地球之外的生命参考，因此这个问题尚无定论。

科学家们对这个问题的研究正在取得进展。从化学反应的角度看，手性优势可以从化学反应中涌现出来，自发或者受外界条件影响都可能。一旦原料中出现手性优势，许多化学反应可以继承并放大这种优势。例如，通过使用圆偏振紫外线，可以诱导出手性优势，使得幸存的分子呈现出对应的手性优势。

此外，结晶过程中的自发对称性破缺也可以导致手性选择。例如，氯酸钠本身没有手型，但在结晶过程中，它可能会选择性地形成具有手性的晶体。在界面过程中，手性晶体的某些表面也具有手性，它们会选择性地吸附液体中与其手性相匹配的分子。

手性优势的放大在自催化反应和分子聚合过程中也普遍存在。例如，Soai等人最早发现了可以放大手性优势的自催化反应。从手性小分子聚合成高分子聚合物的过程中，也能观察到普遍的手性放大现象。

关于初始手性的起源，存在不同的猜测。一种观点认为，整个宇宙都存在微弱的手性优势，这是物理规律的一部分。然而，这种观点存在两个严重瑕疵：首先，理论上计算的手性优势微小，实验技术无法测量得到如此微弱的差异；其次，所需的极低温环境在星际空间中并不存在。另一种观点认为，手性优势起源于形成行星系统的分子云内，具有优势手性的分子被传递到了地球上，成为原始地球继续积累手性优势的种子。此外，局部起源观点认为，手性优势起源于原始地球本身的局部小环境，如涡流等物理环境可以引起微弱的手性优势。

总结而言，手性原则的起源是一个复杂且引人深思的问题。科学家们通过实验和理论研究，对这个问题有了更深入的理解。手性优势的涌现、放大以及初始手性的起源是当前研究的焦点，这些研究为我们揭示了生命的独特性和宇宙中的手性现象提供了新的见解。随着科技的发展，我们有望在未来找到更多关于手性起源的证据，进一步解开这一神秘现象的面纱。