自然界有不对称吗？从蜗牛到致命的化学物质

从蜗牛到致命的化学物质，自然界的不对称比你想象的更常见。

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右（上）和左卷（下）贝壳花园蜗牛。来源：蜗牛杰里米和其他不对称动物（2018）
你有没有想过为什么你的心脏在胸部的左侧？或者为什么蜗牛壳似乎总是盘绕在右侧？自然界有不对称吗？有时被称为手性（手性代数和右左分类问题），手性代数将排列群理论和群表示理论的方法应用于具有适当变换特性的函数的推导，以描述光学旋转和圆二色性等手性分子的伪标量测量。事实证明，它比你想象的更常见。
从最小的分子到地球上的动物，手感在自然界的化学和生物学中发挥着重要作用。接下来，让我们探索这些现象背后的科学吧。
分子不对称
手性意味着物体或分子不能叠加在其镜像上。如果你在想象它时遇到困难，事实证明我们的手实际上是可视化它的有用方式。
这么想：你的右手是你左手的镜像——都有拇指、手指、手掌以及前后——但你不能把一个放在另一个上面，让它们正确匹配。

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右手和左手是镜像，它们不能叠加在一起。图片来源：Pixie/CreativeCommons
在化学中，手性分子可以以两种形式存在：同一分子的左手或右手形式。这对被称为立体异构体，意味着无论你以何种方式旋转或移动它们，它们都不能叠加在一起。这两个分子具有相同的化学性质，但它们与其他手性化合物的反应不同。
在我们的太阳系之外已经检测到了这种分子。在名为射手座B2的气体和尘埃云中检测到了环氧丙烯，它的存在让天文学家希望有一天他们会在太空中发现其他基于生命的手性分子。
生物学中的许多重要物质是手性化合物，如碳水化合物、蛋白质的氨基酸积木和DNA中的核酸。 DNA双螺旋本身也是手性。
沙利度胺是手性化合物的一个特别臭名昭著的例子。从1957年到1961年有售，作为治疗怀孕期间晨吐的一种方式，然后发现它会导致先天缺陷。
研究人员发现，虽然一种沙利度胺立体异构体会产生所需的镇静作用，但另一种导致先天缺陷。
据估计，在妇女怀孕期间有10,000名婴儿（包括双胞胎和多胞胎）受到沙利度胺使用的影响。 40%的婴儿在出生前后死亡，其他人则患有肢体、眼睛和心脏问题等先天缺陷。

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沙利度胺的两个立体异构体。左：S-沙利度胺，具有致畸作用。右R-沙利度胺，具有镇静作用。图片来源：知识共享
【自然界有不对称吗？】我们身体外部的不对称
对称和不对称在生物发展和行为中都发挥着重要作用。
人体外部的左侧和右侧本质上是彼此的镜像， 99%以上的动物也是如此。一种无视这种趋势的动物是普通的花园蜗牛，因为几乎每只蜗牛都有一个向右盘绕的贝壳。
2019年SCINEMA国际科学电影节纪录片《左帆杰里米和其他不对称动物》深入探讨了这种不对称性。向我们介绍杰里米的精彩故事（这些蜗牛它的外壳盘绕在左边而不是右边）。
这部电影还触及了其他也表现出不对称的稀有动物，包括：双眼在身体一侧的成年扁鱼（Bothusmancus），鸟种十字嘴（Loxiacurvirostra）成年成员的上颌骨和下颌骨，它们向相反的方向弯曲，以及从左上颚伸出的独角鲸（Monodonmonoceros）的獠牙。