左與右生命手性起源暢想

1、 華東理工大學(xué)2016秋非全日制工程碩士政治理論期末課程論文班級 制藥工程 學(xué)號 Y40150295姓名 王輝開課學(xué)院馬克思主義學(xué)院任課教師丁業(yè)鵬成績論文題目：左與右：生命手性起源暢想論文要求：結(jié)合課堂所學(xué)理論，自擬題目進(jìn)行論述，字?jǐn)?shù)不得低于2500字。論文結(jié)構(gòu)包括：題目、摘要、關(guān)鍵詞、正文、參考文獻(xiàn)。教師評語:教師簽字：年 月 日 評分標(biāo)準(zhǔn):90分以上：能運(yùn)用課堂講授理論分析問題，見解獨(dú)到，思路清晰，文章層次清楚，邏輯嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)完整,80-89分：能結(jié)合課堂講授理論， 層次清楚，邏輯較嚴(yán)密，結(jié)構(gòu)完整,70-79分:能結(jié)合課堂所講內(nèi)容， 整，引文欠規(guī)范。引文規(guī)范。有一定的獨(dú)立思考，思路清晰，文

2、章引文規(guī)范。思路較清晰，層次較清楚，結(jié)構(gòu)較完60-69分：尚能結(jié)合課堂所講內(nèi)容，思路欠清晰，層次欠清楚，結(jié)構(gòu)較 完整，引文欠規(guī)范。60分以下：未能結(jié)合課堂所講，層次不清，邏輯混亂，內(nèi)容重復(fù)率在 30%以上。 左與右：生命手性起源暢想摘要：自然界和人類社會(huì)對左與右有著偏側(cè)性，人們追根溯源發(fā)現(xiàn)這種偏側(cè)性在于生命 的手性一L氨基酸。對于L氨基酸的起源人們作出了一些學(xué)說和理論，這些理論的目的在于 尋求生命手性起源時(shí)的對稱性破缺的由來，但是至今還沒有實(shí)驗(yàn)或證據(jù)來證明。如果忽略原 子或分子層面上的思考，用更髙維度空間去統(tǒng)一手性現(xiàn)象，那么必然又將而臨什么是多維空 間以及我們的宇宙為什么是三維的問題。對稱性破

3、缺創(chuàng)造了宇宙的萬事萬物，可觀測量” 具有極限值的不對稱現(xiàn)象蘊(yùn)含著宇宙空間和時(shí)間的奧秘，探求這個(gè)奧秘，將永遠(yuǎn)沒有終點(diǎn)。關(guān)鍵詞：左與右；手性；L氨基酸；對稱性破缺；多維空間引言：徳國哲學(xué)家康徳在1768年發(fā)表的一篇著名論文空間區(qū)域差異的終極基礎(chǔ)中詳細(xì)地 討論左與右的問題。在一個(gè)只有一只手的宇宙里，我們該怎么判斷它是左手還是右手呢？在 這個(gè)宇宙里，沒有其他任何物體，我們無法靠手和其他物體的位置關(guān)系來判斷，但是如康徳 所言，手指間的相對關(guān)系對左手、右手而言是一樣的。難道不存在其他物體的話左手和右手 就沒有任何區(qū)別嗎？時(shí)間推移到20世紀(jì)，美國科學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主費(fèi)曼在康奈爾 大學(xué)的一次講座中以另一

4、種形式提岀了這個(gè)問題一一假如我們在一個(gè)遙遠(yuǎn)的星球上發(fā)現(xiàn)了 外星人，我們將如何用對講機(jī)告訴外星文明哪邊是左哪邊是右呢？哲學(xué)家喬納森貝內(nèi)特說: 人們只能通過某種展示來說明左與右的意義，而不能通過告知來做到這一點(diǎn)?！蹦敲矗?與右真正的區(qū)別點(diǎn)到底在哪兒？我們有可能不靠其它參考物來區(qū)分左與右嗎？讓我們一起 帶著這個(gè)問題來看看大自然中的左與右的選擇現(xiàn)象。1、左與右在科學(xué)研究中對于左與右的問題我們給予它一個(gè)劣詞：手性。手性意味著一個(gè)物體與英 鏡像不能重合，如我們的雙手，左手與互成鏡像的右手不能重合。典型的手性現(xiàn)象是手性 碳原子，當(dāng)一個(gè)四而體結(jié)構(gòu)的碳原子連接的四個(gè)基團(tuán)互不相同時(shí)，它所構(gòu)成的化合物分子便 具有

5、了手性現(xiàn)象，擁有一對如同左手和右手關(guān)系的對映體，基于我們的命爼規(guī)則一個(gè)為左手 性，一個(gè)為右手性。在我們地球上的生物體系里，構(gòu)成生命體的氨基酸絕大多數(shù)為左手性的一一L型氨基酸 （這里說絕大多數(shù)是因?yàn)榭茖W(xué)研究表明生物體內(nèi)也會(huì)含有少量的D型氨基酸，人體內(nèi)的一 些D型氨基酸會(huì)被酶分解掉），因而由氨基酸組成的蛋白質(zhì)是左旋的：而糖類則為右手性的 D型核糖和脫氧核糖，因而由脫氧核糖組成的DNA是右旋的。再來看看我們身體的左 與右的選擇現(xiàn)象：人們習(xí)慣使用右手，大約只有10%的人是左撇子：更顯著的不對稱在于 99.99%的人類的心臟都在身體左側(cè)，其實(shí)不只是人類，地球上所有脊椎動(dòng)物的心臟都在身 體左側(cè)。著名的“裂

6、腦試驗(yàn)”表明人的左腦主要從事邏輯思維，是“本生腦”，右腦主要從 事形象思維，是“祖先腦”，右腦是創(chuàng)造力的源泉，是藝術(shù)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的中樞，大腦潛能的 開發(fā)重在右腦的開發(fā)。左腦與右腦的功能側(cè)重有著很大的差異。再到日常生活中的現(xiàn)象：時(shí) 鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是右旋的，駕駛室在汽車的左邊，古往今來以右為尊。這些事實(shí)無不昭顯著自 然界的偏側(cè)性一一不對稱性。 2、生命手性起源之對稱性破缺（L氨基酸）由來對于這種手性不對稱現(xiàn)象物理學(xué)上有個(gè)專有名詞一一對稱性破缺,對稱性破缺在宇宙中 廣泛存在，假如沒有了對稱性破缺，這個(gè)世界將失去活力，也將是單調(diào)，黯淡的，也不會(huì)有 生物，或許就只有一堆正物質(zhì)和反物質(zhì)不停泯火時(shí)的電磁波。因此

7、生命體的手性選擇現(xiàn)象肯 左與手性起源時(shí)的對稱性破缺密切相關(guān)，在探索這種現(xiàn)象時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)如果生命體一開始就 選擇了 L氨基酸，那么必然會(huì)選擇與L氨基酸結(jié)合更穩(wěn)固的D型糖分子，從而在基因?qū)佣?和蛋白質(zhì)基礎(chǔ)上確龍心臟位于身體的左側(cè)，及英它器官的左右選擇性，這種選擇性也從原始 人類的習(xí)慣植入到我們的文化當(dāng)中。問題在于這些偏側(cè)性的根源為什么是L氨基酸？在上 個(gè)世紀(jì)廣義相對論和量子力學(xué)的發(fā)展耙這個(gè)宇宙從宏觀到微觀都展現(xiàn)在我們而前，使我們對 物質(zhì)和力的本性有了更深遠(yuǎn)的理解，因此科學(xué)家們長期以來一直在探索，是否真的存在一種 根本的機(jī)制，把從物理學(xué)到化學(xué)，到神經(jīng)科學(xué)，再到人類學(xué)等各種水平的不對稱性，以一種 方式

8、結(jié)合在一起，這種方式可以表述為下列鏈條：根本機(jī)制一 L氨基酸 f 蛋白質(zhì)_ 細(xì)胞一組織一器官一身體一大腦-文化D型糖分子f DNA在進(jìn)一步尋求L氨基酸的起源時(shí)產(chǎn)生了一些學(xué)說和理論：1、生命學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為，手性選擇和手性均一性是生命進(jìn)化的必然結(jié)果。2、非生命學(xué)說。該學(xué)說認(rèn)為，分子手性均一性發(fā)生在生命起源之前。又分為兩類理論:（1）隨機(jī)理論：該理論認(rèn)為分子水平上對稱性破缺的過程類似于硬幣的翻動(dòng)，產(chǎn)生D體 或L體過剩的槪率相等。代表理論有A、液固相化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致光學(xué)活性（又包括：泥上 表面理論：不對稱晶體石英引起光學(xué)活性；立體選擇性結(jié)晶）：B、統(tǒng)計(jì)起源論；C、 耗散結(jié)構(gòu)理論。（2）確立性理論：該理論

9、假設(shè)其種非隨機(jī)的物理力，自身有自然的手性性質(zhì)，與消旋的 或原手性的有機(jī)底物相互作用，通過絕對的不對稱合成或降解過程產(chǎn)生手性。代表理論有： A、圓偏振光（CPL）引起光學(xué)活性；B、宇稱不守恒（PNC）導(dǎo)致光學(xué)活性。當(dāng)然，在這些學(xué)說和理論中只有后而的兩種確立性理論得到了廣泛的承認(rèn)。因?yàn)樽钪?的對稱性破缺現(xiàn)象就是弱力的宇稱不守恒，在宇稱不守恒理論中，左旋的電子的數(shù)量大于右 旋的電子數(shù)量，因而左旋的氨基酸比右旋的氨基酸穩(wěn)左，這會(huì)使得相同條件下生成的L氨 基酸微大于D氨基酸，然后基于一種正反饋機(jī)制使得L氨基酸得到優(yōu)勢地位。而圓偏振光 理論認(rèn)為在圓偏振光效應(yīng)大的區(qū)域（如中子星附近），圓偏振光效應(yīng)會(huì)使得上

10、下兩個(gè)區(qū)域各 富集L氨基酸和D氨基酸，如果一顆彗星從富集L氨基酸的區(qū)域經(jīng)過又撞擊了地球，就給 地球上的生命帶來了氨基酸左旋的種子。盡管這些理論從推導(dǎo)上沒有問題，但是從實(shí)驗(yàn)上還 得不到人們的重復(fù)驗(yàn)證，也還沒有找到確鑿的證據(jù)來證明。3、多維空間如果我們不是從原子或分子層面去考察手性起源，而是從多維度空間去分析鏡像問題， 那么這個(gè)問題看起來簡單多了。譬如，在一維的直線上有一對頭對著頭的箭頭互為鏡像，在 一維尺度上我們沒法使它們完全重合，但是如果在一個(gè)平而內(nèi)將一個(gè)箭頭旋轉(zhuǎn)180度，于是 兩個(gè)箭頭完全重合了：在二維平面內(nèi)有一對互為鏡像的直角三角形（簡單點(diǎn)邊長就設(shè)為3, 4, 5吧），在二維尺度上我們也沒

11、法使它們完全重合，但是如果在三維空間內(nèi)使英中的一個(gè) 三角形繞軸旋轉(zhuǎn)180度，于是兩個(gè)三角形完全重合了。因此我們看到在低維度空間里互為鏡 像（也就是手性）的現(xiàn)象在更高維度空間里得到了統(tǒng)一。我們也可以想象在我們這個(gè)三維世 界里互為鏡像的手性分子在四維空間里是不是也是統(tǒng)一的了？反過來想如果我們本來的世 界就是四維或者更髙維，只是因?yàn)楝F(xiàn)在降低到了三維因而才使得手性分子的岀現(xiàn)（有點(diǎn)像三 體里的降維攻擊了），在此過程中產(chǎn)生的對稱性破缺使得我們的生命體才以L氨基酸為主？事實(shí)上物理學(xué)的大統(tǒng)一理論“超弦理論”就認(rèn)為我們宇宙是十維的，另外有六個(gè)維度蜷 縮成“卡一丘”空間躲在微觀里。而膜理論為了解決三維空間破裂的問

12、題而多加了一維空間 （11維空間）使得一維的弦可以變成二維的膜。這些前沿的理論都是從數(shù)學(xué)方程出發(fā)在追 求合諧的美學(xué)基礎(chǔ)上提岀多維空間的存在，只是因?yàn)槲覀兌际侨S空間的生物，三維思想根 深蒂固，因而無法想像多維空間的模樣。4、手性起源暢想李政道認(rèn)為對稱性原理根植于“不可觀測量”的理論假設(shè)上，不可觀測就意味著對稱性, 任何不對稱性的發(fā)現(xiàn)必左意味著存在某種可觀測量。這和“對稱性破缺是由宏觀走向微 觀而展現(xiàn)事物差異性的方式”的哲學(xué)觀點(diǎn)是一致的。事實(shí)上由于我們宇宙的一些“可觀測量”具有極限值給我們的世界帶來一些有趣的現(xiàn)象。 速度：速度擁有最大值一一光速是一切速度的極限，由于速度是與空間、時(shí)間聯(lián)系在一起的

13、, 當(dāng)有可能產(chǎn)生超越光速的情形時(shí)，就必須將這個(gè)量分化到空間和時(shí)間的維度上，因此有著諸 如空間收縮，時(shí)間變慢效應(yīng)：溫度：溫度有著最小值一一絕對零度，隨著宇宙的膨脹，溫度 由極高溫迅速向“3K微波背景輻射”降低，使得大爆炸起點(diǎn)時(shí)的超力分裂為：引力，電磁 力，強(qiáng)力，弱力。從而才能形成構(gòu)成我們宇宙的物質(zhì)基礎(chǔ)，發(fā)展成我們?nèi)缃襁@個(gè)多姿多彩的 世界。長度：在超弦理論中，理論者們發(fā)現(xiàn)了可測量尺度的最小值一一普朗克長度，在量子 幾何里由于弦的纏繞模式，使得R和1/R兩個(gè)世界在以普朗克長度為基準(zhǔn)上的所有物理學(xué) 過程相同！弱相互作用的一個(gè)明顯特征是它破壞左右鏡像對稱，這意味著基本粒子具有“手性”， 手征性的存在實(shí)際

14、上依賴于三維空間更深層的性質(zhì)，研究表明，確定的手征性只存在于單數(shù) 維的空間中?？梢栽O(shè)想因?yàn)槲覀兊挠钪媸侨S的，并且還在不斷擴(kuò)張，所以列外蜷縮的六個(gè) 維度對應(yīng)于1/R世界在收縮，而這兩個(gè)世界并沒有本質(zhì)的區(qū)別。它們就像是兩個(gè)口對口的氣 球，一個(gè)脹大另一個(gè)便縮小，當(dāng)我們的三維世界開始收縮時(shí)，另外的六個(gè)維度將開始擴(kuò)張， 而我們也將生活在一個(gè)六維世界里。而在六維世界里基本粒子便沒有了手性，因而生命的手 性征也喪失了。如果這個(gè)相互轉(zhuǎn)化過程是可能的，那么當(dāng)世界由六維轉(zhuǎn)化為三維時(shí)，必然有 某種機(jī)制使得無手性的生命選擇了 L氨基酸，這將涉及到空間轉(zhuǎn)換的奧秘，那么空間的本 質(zhì)是什么？從現(xiàn)有的理論找不到答案，但是它

15、們告訴我們引力對時(shí)間和空間會(huì)產(chǎn)生作用，而 引力的產(chǎn)生源于質(zhì)量,E=m&告訴我們從某一觀點(diǎn)來看，這個(gè)宇宙除了能量其實(shí)什么也沒有, 或許時(shí)間和空間也是由某種“特殊的能量”組成，但是誰知道呢？借用一句話，那么這將是 個(gè)終點(diǎn)，而不是個(gè)起點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：!|麥克馬納斯.新和.右手.左于：大腦，身體，原子和文化中不對稱的起源M|.北京理丄大學(xué)出版社. 20072 Summer Cloven自然界中手性原則的起源是什么，知乎3|朱欽七為什么地球上的生物使用左旋氨基酸和右旋糖分子卩|生物學(xué)通報(bào).201550(2):172041王文清，盛湘蓉.生命和手性分子的起源幾生命科學(xué)，1995.3王文港對稱性破缺與生命起源

16、卩|生物物理學(xué)報(bào).1999, 15(2): 249-256 王丁眾鐘綺文江來.111松海張威不對稱分子及生命分子的手性起源百度文庫7 Wang 乙 Xu W. Liu L. et al. A synthetic molecular system capable of mirror-image genetic replication and transcription!J. Nature Chemislry. 20168| Gautier R. Klingsporn J M, Van Duyne R R et al. Optical activity from racemales卩.Nature materials, 2016, 15(6): 591-592李泳.宇宙的琴弦卜1.湖南科學(xué)技術(shù)出版社.2007劉慈欣.三體(全3冊):重慶出版社.2012-0111| Durrer R. Kun