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http://images.china.cn/attachement/jpg/site1000/20141009/e89a8ffb139315a05a4b32.jpg 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(xué)家已發(fā)現(xiàn)一些細(xì)微的跡象表明，生命體的不對稱性或許是由早期進(jìn)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(xué)分子要么左旋，要么右旋。在一項(xiàng)持續(xù)13年的實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)形式下的雙螺旋DNA總是像右螺旋一樣旋轉(zhuǎn)。不過，導(dǎo)致這種偏好的原因一直是個謎。 很多科學(xué)家認(rèn)為，這種選擇只是簡單地出于偶然�；蛟S在生命出現(xiàn)的一個充滿有機(jī)化合物的小池塘里，統(tǒng)計(jì)學(xué)上的巧合導(dǎo)致一種化學(xué)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(yùn)動的方向相反。 1967年，生物化學(xué)家Frederic Vester和環(huán)境科學(xué)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(xué)家就此認(rèn)為，電子本身可能就是不對稱性的來源。 盡管科學(xué)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(xué)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(fù)制。美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)化學(xué)物理學(xué)家、該項(xiàng)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(dǎo)致手性失衡的實(shí)驗(yàn)也無法確認(rèn)其背后的化學(xué)過程。然而，準(zhǔn)確描述化學(xué)反應(yīng)可以幫助科學(xué)家排除導(dǎo)致該過程的一些可能原因，同時更好地理解構(gòu)成它的物理現(xiàn)象。 Gay和內(nèi)布拉斯加大學(xué)另一位物理學(xué)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(jī)化合物，在一些地方被用作鎮(zhèn)靜劑。在由此產(chǎn)生的反應(yīng)中，一些電子被分子捕獲，然后進(jìn)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(yīng)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(dǎo)致每種電子旋向性的反應(yīng)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(yīng)，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。“這種不對稱性的發(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(jī)分子中的想法非常有吸引力。”法國尼斯—索菲爾昂蒂波利大學(xué)分析化學(xué)家Uwe Meierhenrich認(rèn)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(xué)過程。他同時表示，非常希望看到與生命起源相關(guān)的手性分子實(shí)驗(yàn)可以重復(fù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行的反應(yīng)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(shí)驗(yàn)室化學(xué)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(tuán)隊(duì)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(jī)分子的反應(yīng)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(jié)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(shí)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(jìn)化的。”英國格拉斯哥大學(xué)化學(xué)家Laurence Barron認(rèn)為。