手性与生命

（文 / 袁越）

手套分左右手，戴错了就戴不上，这个道理谁都懂，但仔细研究一下这个问题你会发现，这里面的学问还真挺多呢。

数学家喜欢用“镜像”的概念来帮助定义左右手现象。他们会说：凡是不能和自己的镜像完全重叠的东西都是有“手性”的。之所以用“手性”这个词只是为了解释起来更方便，世界上最简单的具有“手性”的东西不是手，而是金字塔。想象一个三面金字塔，如果塔的4个角都不同的话，这个金字塔是没法和自己的镜像重叠的。

最像金字塔的化学元素是碳，碳原子有4个化学键，如果这4个键分别连接了不同的原子，它就成了一个具有手性的金字塔。碳是所有生命的基础，无论是糖还是氨基酸都是由一连串碳原子为骨架组成的分子，因此它们大都具有手性。

数学家按照一定的规则把这些有机分子分为“左手性”和“右手性”，地球上几乎所有的生命使用的氨基酸都是左手性的，右手性的氨基酸看上去貌似是一样的，但都没法用。事实上，手性正是生命的重要标志之一，如果化学家采用无机的方法合成氨基酸，其结果肯定是左手右手各占一半，但如果采用有机的方法合成氨基酸，那结果肯定全都是左手性的。这是为什么呢？这就要用到“手套”的概念了。所有生命体都需要蛋白酶，而蛋白酶的作用方式很像是给催化物戴手套，如果不合手是戴不上的，因此也就没法起到催化作用了。

别小看这个发现，它是探索宇宙生命起源的一个重要手段。有科学家建议发射一个特殊装置去火星，看看火星土壤里的大分子到底是左右手各占一半还是有偏好，如果是后者，那就说明火星历史上很可能有过生命存在。

下一个很自然的问题就是：为什么氨基酸都是左手的，不是右手的呢？这个问题有过多种解释，目前仍然没有定论。以前科学家大都认为这种偏好是随机产生的，但近年来有不少科学家相信原因来自宇宙射线。有一部分宇宙射线是有手性的，这些射线把太空中的右手性氨基酸分子消灭了，只剩下左手性的。这些左手性氨基酸落到地球上，成为第一个诞生的生命的粮食，并一举奠定了地球生命的手性。美国航空航天局（NASA）科学家丹尼尔·格拉文（Daniel Glavin）及其同事曾经花了4年时间研究了6块寿命超过地球年龄的陨石，发现它们内部含有的左手性氨基酸都比右手性的多。

不管真正的原因是什么，有一点可以肯定，那就是不管左手分子还是右手分子，它们本身的化学性质都是一样的。可是，人类的手性就不同了，大多数人的右手都比左手灵活，这是怎么回事呢？

要想搞清这个问题，必须从大脑着手。众所周知，高等动物的大脑分为左右两个半球，左脑控制右边身体，右脑控制左边身体。半个世纪前的科学家们普遍认为只有人类的脑子左右有别，因为人类的左脑负责语言，不能太过操劳，因此右脑管起了其他功能。换句话说，过去的科学家们认为只有人类有手性，其他高等动物都是左右手并用的。

20世纪70年代，澳大利亚科学家莱丝丽·罗杰斯做了一个精妙的试验，推翻了上述结论。她找到一种化学物质，能够干扰鸡的学习过程。她发现只有当把这种物质注射进鸡的左脑时才有效，这些鸡突然变得不会识别夹杂在小石子中的米粒了。如果注射进右脑则没有影响。这个试验充分说明鸡的大脑也是有分工的。

后来罗杰斯又做了一个更加精妙的试验，证明鸡的左脑适合辨别食物，右脑适合观察捕食者。她一边喂鸡吃混有石子的米粒，一边用假的老鹰去吓唬它们，结果发现只有当鸡用右眼看地上、左眼看老鹰时才更有效率，反之则不灵。

进一步研究表明，大多数动物都需要一边捕食一边防止被捕食，所以需要对左右大脑进行分工。比如鱼类在逃跑时通常用一侧眼睛面对敌人，因此它们只会向一边游。但是，这样做不就等于把自己的行踪事先暴露给敌人吗？鱼类为什么进化出这么一个愚蠢的模式呢？

来自瑞典斯德哥尔摩大学的科学家给出了解释。他们用“博弈论”加“进化论”的分析方法分析了各种可能的模式，结果发现只有当一个种群中的大多数成员都偏好一侧，而少部分成员偏好另一侧时，才是最稳定的结构。这个结果正好和观察到的现象相吻合，比如人类大多数都是右撇子，但也存在少量左撇子，看来左撇子很可能是由基因决定的。

左撇子还有一个好处，那就是在种群内的搏斗（比如争夺配偶）中突出奇兵，容易占到上风。法国科学家曾经研究过8个未开化的土著部落，结果发现杀人最多的往往是左撇子，这个现象也许可以解释为什么在对抗类的体育比赛中左撇子更有优势。■ 手性氨基酸科学科普生命