生命體大多由與自身鏡像不同的分子組成,。圖片來源：notjustnut

物理學家已發(fā)現(xiàn)一些細微的跡象表明，生命體的不對稱性或許是由早期進化階段核衰變產(chǎn)生的電子引起的,。所謂生命的不對稱性,，是指大多數(shù)生物化學分子要么左旋，要么右旋,。在一項持續(xù)13年的實驗中,，研究人員發(fā)現(xiàn)這些電子往往更加頻繁地摧毀特定有機分子而非它們的鏡像。

包括葡萄糖和大部分生物氨基酸在內(nèi)的諸多有機分子都是手性的,。這是指它們與自己的鏡像分子不同,，正如左手和右手的手套不能重合。與此同時,，生命體傾向于持續(xù)使用其中一個“版本”,。例如，標準形式下的雙螺旋DNA總是像右螺旋一樣旋轉(zhuǎn),。不過,，導致這種偏好的原因一直是個謎。

很多科學家認為,，這種選擇只是簡單地出于偶然,。或許在生命出現(xiàn)的一個充滿有機化合物的小池塘里,，統(tǒng)計學上的巧合導致一種化學物質(zhì)的兩個“版本”在相對數(shù)量上出現(xiàn)了小小的失衡,。隨后，這種失衡隨著時間的流逝而不斷放大,。

不過,，這種自然法則里的不對稱性不禁讓人懷疑是否有一些物理現(xiàn)象曾在早期生命階段顛覆了平衡性,。參與核衰變的弱核力，是自然界中已知的唯一一種擁有旋向性偏好的力,。被稱為β衰變的亞原子過程會產(chǎn)生總是左旋的電子,。這意味著它們的自旋，即一種類似于條形磁鐵磁化的量子特性,，總是同電子運動的方向相反,。

1967年，生物化學家Frederic Vester和環(huán)境科學家Tilo Ulbricht提出,，由這些所謂的自旋極化電子產(chǎn)生的光子會更多地摧毀其中某一類型的分子,，從而產(chǎn)生這種失衡。一些物理學家就此認為,，電子本身可能就是不對稱性的來源,。

盡管科學家一直在尋找電子或光子傾向于摧毀分子某一“版本”而非鏡像的化學過程，但成效甚微,。很多研究人員宣布已證明該過程不可能復制,。美國內(nèi)布拉斯加大學化學物理學家、該項最新研究的共同作者Timothy Gay表示,，僅有的幾個發(fā)現(xiàn)電子旋向性導致手性失衡的實驗也無法確認其背后的化學過程,。然而，準確描述化學反應可以幫助科學家排除導致該過程的一些可能原因,，同時更好地理解構成它的物理現(xiàn)象,。

Gay和內(nèi)布拉斯加大學另一位物理學家Joan Dreiling向溴樟腦氣體中發(fā)射低能量的自旋極化電子。溴樟腦是一種有機化合物,，在一些地方被用作鎮(zhèn)靜劑,。在由此產(chǎn)生的反應中，一些電子被分子捕獲,，然后進入激發(fā)態(tài),。緊接著，這些分子破裂,，產(chǎn)生溴離子和其他高反應性的化合物,。通過測量所產(chǎn)生離子的流速，研究人員可以發(fā)現(xiàn)導致每種電子旋向性的反應發(fā)生頻率,。

研究人員還發(fā)現(xiàn),，左旋溴樟腦更可能同右旋電子發(fā)生反應，反之亦然,。在能量最低時,，這種方向上的偏好會快速變動,，從而產(chǎn)生相反的不對稱性,。在所有情形中，這種不對稱性很微弱，但持續(xù)存在,?！斑@種不對稱性的發(fā)生就像我們不停地拋2萬次硬幣，平均下來會有10003次是正面朝上而9997次是反面朝上,?！盌reiling表示。

“自旋極化電子能將自身的不對稱性轉(zhuǎn)移到有機分子中的想法非常有吸引力,?！狈▏崴埂鞣茽柊旱俨ɡ髮W分析化學家Uwe Meierhenrich認為，Gay和Dreiling觀察到的這種微小影響會被放大,，從而在整體上影響生命的化學過程,。他同時表示，非常希望看到與生命起源相關的手性分子實驗可以重復進行,，以確定左旋電子能否產(chǎn)生相同的影響,。

盡管自旋極化電子使生命體在手性上具有選擇性，但至今尚不清楚是什么最先產(chǎn)生了這些電子,。β粒子的來源包括放射性磷衰變成硫,，或者宇宙射線粒子進入大氣層時經(jīng)一系列衰變最終產(chǎn)生的基本粒子——μ介子衰變。在這兩種情況下,，電子的速度都會比在Gay進行的反應中快很多,。不過，Gay表示,，可以使電子減緩速度而不失去它們的手性,。

阿貢國家實驗室化學家Richard Rosenberg介紹說，速度更慢的左旋電子是通過其他方式而非β衰變產(chǎn)生的,。2008年,，他和團隊成員證明用X射線放射磁化鐵層同樣能產(chǎn)生手性偏向。同時,，附著在塵埃云或彗星中磁化粒子上的分子也可以產(chǎn)生手性,。

左旋電子和有機分子的反應并非生命體手性不對稱現(xiàn)象的唯一可能解釋。Meierhenrich更傾向于將其歸結為大氣層和中子星光散射產(chǎn)生的圓偏振光,。2011年,，他和同事證實這種類型的光線可以將自身的旋向性傳遞給氨基酸。

“不過,，即使證明了一個普通的物理現(xiàn)象如何傾向于選擇左旋氨基酸,，也并不意味著這就解釋了生命是如何進化的?！庇窭垢绱髮W化學家Laurence Barron認為,。（宗華）

《中國科學報》 (2014-10-09 第3版國際)