左与右生命手性起源畅想

1、 华东理工大学2016秋非全日制工程硕士政治理论期末课程论文班级 制药工程 学号 Y40150295姓名 王辉开课学院马克思主义学院任课教师丁业鹏成绩论文题目：左与右：生命手性起源畅想论文要求：结合课堂所学理论，自拟题目进行论述，字数不得低于2500字。论文结构包括：题目、摘要、关键词、正文、参考文献。教师评语:教师签字：年 月 日 评分标准:90分以上：能运用课堂讲授理论分析问题，见解独到，思路清晰，文章层次清楚，逻辑严密，结构完整,80-89分：能结合课堂讲授理论， 层次清楚，逻辑较严密，结构完整,70-79分:能结合课堂所讲内容， 整，引文欠规范。引文规范。有一定的独立思考，思路清晰，文

2、章引文规范。思路较清晰，层次较清楚，结构较完60-69分：尚能结合课堂所讲内容，思路欠清晰，层次欠清楚，结构较 完整，引文欠规范。60分以下：未能结合课堂所讲，层次不清，逻辑混乱，内容重复率在 30%以上。 左与右：生命手性起源畅想摘要：自然界和人类社会对左与右有着偏侧性，人们追根溯源发现这种偏侧性在于生命 的手性一L氨基酸。对于L氨基酸的起源人们作出了一些学说和理论，这些理论的目的在于 寻求生命手性起源时的对称性破缺的由来，但是至今还没有实验或证据来证明。如果忽略原 子或分子层面上的思考，用更髙维度空间去统一手性现象，那么必然又将而临什么是多维空 间以及我们的宇宙为什么是三维的问题。对称性破

3、缺创造了宇宙的万事万物，可观测量” 具有极限值的不对称现象蕴含着宇宙空间和时间的奥秘，探求这个奥秘，将永远没有终点。关键词：左与右；手性；L氨基酸；对称性破缺；多维空间引言：徳国哲学家康徳在1768年发表的一篇著名论文空间区域差异的终极基础中详细地 讨论左与右的问题。在一个只有一只手的宇宙里，我们该怎么判断它是左手还是右手呢？在 这个宇宙里，没有其他任何物体，我们无法靠手和其他物体的位置关系来判断，但是如康徳 所言，手指间的相对关系对左手、右手而言是一样的。难道不存在其他物体的话左手和右手 就没有任何区别吗？时间推移到20世纪，美国科学家、诺贝尔物理学奖得主费曼在康奈尔 大学的一次讲座中以另一

4、种形式提岀了这个问题一一假如我们在一个遥远的星球上发现了 外星人，我们将如何用对讲机告诉外星文明哪边是左哪边是右呢？哲学家乔纳森贝内特说: 人们只能通过某种展示来说明左与右的意义，而不能通过告知来做到这一点。”那么，左 与右真正的区别点到底在哪儿？我们有可能不靠其它参考物来区分左与右吗？让我们一起 带着这个问题来看看大自然中的左与右的选择现象。1、左与右在科学研究中对于左与右的问题我们给予它一个劣词：手性。手性意味着一个物体与英 镜像不能重合，如我们的双手，左手与互成镜像的右手不能重合。典型的手性现象是手性 碳原子，当一个四而体结构的碳原子连接的四个基团互不相同时，它所构成的化合物分子便 具有

5、了手性现象，拥有一对如同左手和右手关系的对映体，基于我们的命爼规则一个为左手 性，一个为右手性。在我们地球上的生物体系里，构成生命体的氨基酸绝大多数为左手性的一一L型氨基酸 （这里说绝大多数是因为科学研究表明生物体内也会含有少量的D型氨基酸，人体内的一 些D型氨基酸会被酶分解掉），因而由氨基酸组成的蛋白质是左旋的：而糖类则为右手性的 D型核糖和脱氧核糖，因而由脱氧核糖组成的DNA是右旋的。再来看看我们身体的左 与右的选择现象：人们习惯使用右手，大约只有10%的人是左撇子：更显著的不对称在于 99.99%的人类的心脏都在身体左侧，其实不只是人类，地球上所有脊椎动物的心脏都在身 体左侧。著名的“裂

6、脑试验”表明人的左脑主要从事逻辑思维，是“本生脑”，右脑主要从 事形象思维，是“祖先脑”，右脑是创造力的源泉，是艺术和经验学习的中枢，大脑潜能的 开发重在右脑的开发。左脑与右脑的功能侧重有着很大的差异。再到日常生活中的现象：时 钟的转动方向是右旋的，驾驶室在汽车的左边，古往今来以右为尊。这些事实无不昭显着自 然界的偏侧性一一不对称性。 2、生命手性起源之对称性破缺（L氨基酸）由来对于这种手性不对称现象物理学上有个专有名词一一对称性破缺,对称性破缺在宇宙中 广泛存在，假如没有了对称性破缺，这个世界将失去活力，也将是单调，黯淡的，也不会有 生物，或许就只有一堆正物质和反物质不停泯火时的电磁波。因此

7、生命体的手性选择现象肯 左与手性起源时的对称性破缺密切相关，在探索这种现象时，人们发现如果生命体一开始就 选择了 L氨基酸，那么必然会选择与L氨基酸结合更稳固的D型糖分子，从而在基因层而 和蛋白质基础上确龙心脏位于身体的左侧，及英它器官的左右选择性，这种选择性也从原始 人类的习惯植入到我们的文化当中。问题在于这些偏侧性的根源为什么是L氨基酸？在上 个世纪广义相对论和量子力学的发展耙这个宇宙从宏观到微观都展现在我们而前，使我们对 物质和力的本性有了更深远的理解，因此科学家们长期以来一直在探索，是否真的存在一种 根本的机制，把从物理学到化学，到神经科学，再到人类学等各种水平的不对称性，以一种 方式

8、结合在一起，这种方式可以表述为下列链条：根本机制一 L氨基酸 f 蛋白质_ 细胞一组织一器官一身体一大脑-文化D型糖分子f DNA在进一步寻求L氨基酸的起源时产生了一些学说和理论：1、生命学说。该学说认为，手性选择和手性均一性是生命进化的必然结果。2、非生命学说。该学说认为，分子手性均一性发生在生命起源之前。又分为两类理论:（1）随机理论：该理论认为分子水平上对称性破缺的过程类似于硬币的翻动，产生D体 或L体过剩的槪率相等。代表理论有A、液固相化学反应导致光学活性（又包括：泥上 表面理论：不对称晶体石英引起光学活性；立体选择性结晶）：B、统计起源论；C、 耗散结构理论。（2）确立性理论：该理论

9、假设其种非随机的物理力，自身有自然的手性性质，与消旋的 或原手性的有机底物相互作用，通过绝对的不对称合成或降解过程产生手性。代表理论有： A、圆偏振光（CPL）引起光学活性；B、宇称不守恒（PNC）导致光学活性。当然，在这些学说和理论中只有后而的两种确立性理论得到了广泛的承认。因为最著名 的对称性破缺现象就是弱力的宇称不守恒，在宇称不守恒理论中，左旋的电子的数量大于右 旋的电子数量，因而左旋的氨基酸比右旋的氨基酸稳左，这会使得相同条件下生成的L氨 基酸微大于D氨基酸，然后基于一种正反馈机制使得L氨基酸得到优势地位。而圆偏振光 理论认为在圆偏振光效应大的区域（如中子星附近），圆偏振光效应会使得上

10、下两个区域各 富集L氨基酸和D氨基酸，如果一颗彗星从富集L氨基酸的区域经过又撞击了地球，就给 地球上的生命带来了氨基酸左旋的种子。尽管这些理论从推导上没有问题，但是从实验上还 得不到人们的重复验证，也还没有找到确凿的证据来证明。3、多维空间如果我们不是从原子或分子层面去考察手性起源，而是从多维度空间去分析镜像问题， 那么这个问题看起来简单多了。譬如，在一维的直线上有一对头对着头的箭头互为镜像，在 一维尺度上我们没法使它们完全重合，但是如果在一个平而内将一个箭头旋转180度，于是 两个箭头完全重合了：在二维平面内有一对互为镜像的直角三角形（简单点边长就设为3, 4, 5吧），在二维尺度上我们也没

11、法使它们完全重合，但是如果在三维空间内使英中的一个 三角形绕轴旋转180度，于是两个三角形完全重合了。因此我们看到在低维度空间里互为镜 像（也就是手性）的现象在更高维度空间里得到了统一。我们也可以想象在我们这个三维世 界里互为镜像的手性分子在四维空间里是不是也是统一的了？反过来想如果我们本来的世 界就是四维或者更髙维，只是因为现在降低到了三维因而才使得手性分子的岀现（有点像三 体里的降维攻击了），在此过程中产生的对称性破缺使得我们的生命体才以L氨基酸为主？事实上物理学的大统一理论“超弦理论”就认为我们宇宙是十维的，另外有六个维度蜷 缩成“卡一丘”空间躲在微观里。而膜理论为了解决三维空间破裂的问

12、题而多加了一维空间 （11维空间）使得一维的弦可以变成二维的膜。这些前沿的理论都是从数学方程出发在追 求合谐的美学基础上提岀多维空间的存在，只是因为我们都是三维空间的生物，三维思想根 深蒂固，因而无法想像多维空间的模样。4、手性起源畅想李政道认为对称性原理根植于“不可观测量”的理论假设上，不可观测就意味着对称性, 任何不对称性的发现必左意味着存在某种可观测量。这和“对称性破缺是由宏观走向微 观而展现事物差异性的方式”的哲学观点是一致的。事实上由于我们宇宙的一些“可观测量”具有极限值给我们的世界带来一些有趣的现象。 速度：速度拥有最大值一一光速是一切速度的极限，由于速度是与空间、时间联系在一起的

13、, 当有可能产生超越光速的情形时，就必须将这个量分化到空间和时间的维度上，因此有着诸 如空间收缩，时间变慢效应：温度：温度有着最小值一一绝对零度，随着宇宙的膨胀，温度 由极高温迅速向“3K微波背景辐射”降低，使得大爆炸起点时的超力分裂为：引力，电磁 力，强力，弱力。从而才能形成构成我们宇宙的物质基础，发展成我们如今这个多姿多彩的 世界。长度：在超弦理论中，理论者们发现了可测量尺度的最小值一一普朗克长度，在量子 几何里由于弦的缠绕模式，使得R和1/R两个世界在以普朗克长度为基准上的所有物理学 过程相同！弱相互作用的一个明显特征是它破坏左右镜像对称，这意味着基本粒子具有“手性”， 手征性的存在实际

14、上依赖于三维空间更深层的性质，研究表明，确定的手征性只存在于单数 维的空间中。可以设想因为我们的宇宙是三维的，并且还在不断扩张，所以列外蜷缩的六个 维度对应于1/R世界在收缩，而这两个世界并没有本质的区別。它们就像是两个口对口的气 球，一个胀大另一个便缩小，当我们的三维世界开始收缩时，另外的六个维度将开始扩张， 而我们也将生活在一个六维世界里。而在六维世界里基本粒子便没有了手性，因而生命的手 性征也丧失了。如果这个相互转化过程是可能的，那么当世界由六维转化为三维时，必然有 某种机制使得无手性的生命选择了 L氨基酸，这将涉及到空间转换的奥秘，那么空间的本 质是什么？从现有的理论找不到答案，但是它

15、们告诉我们引力对时间和空间会产生作用，而 引力的产生源于质量,E=m&告诉我们从某一观点来看，这个宇宙除了能量其实什么也没有, 或许时间和空间也是由某种“特殊的能量”组成，但是谁知道呢？借用一句话，那么这将是 个终点，而不是个起点。参考文献：!|麦克马纳斯.新和.右手.左于：大脑，身体，原子和文化中不对称的起源M|.北京理丄大学出版社. 20072 Summer Cloven自然界中手性原则的起源是什么，知乎3|朱钦七为什么地球上的生物使用左旋氨基酸和右旋糖分子卩|生物学通报.201550(2):172041王文清，盛湘蓉.生命和手性分子的起源几生命科学，1995.3王文港对称性破缺与生命起源

16、卩|生物物理学报.1999, 15(2): 249-256 王丁众钟绮文江來.111松海张威不对称分子及生命分子的手性起源百度文库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.湖南科学技术出版社.2007刘慈欣.三体(全3册):重庆出版社.2012-0111| Durrer R. Kun