氨基酸是生命的基本結(jié)構(gòu)單位，它們也是一種手性分子。手性是兩種分子在結(jié)構(gòu)上像左右手一樣呈鏡像對(duì)稱，卻無論怎樣旋轉(zhuǎn)也不會(huì)重合。它們的化學(xué)性質(zhì)完全相同，在微觀上分子結(jié)構(gòu)呈手性，在宏觀上它們的結(jié)晶體也呈手性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的氨基酸有20多個(gè)種類，除了最簡單的甘氨酸以外，所有的氨基酸都是手性的。通過偏振光檢驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)除了少數(shù)動(dòng)物或昆蟲的特定器官內(nèi)含有少量的右旋氨基酸之外，組成地球生命體的幾乎都是左旋氨基酸，而沒有右旋版。
“生物分子中存在著手性，左旋氨基酸右旋糖類，這是識(shí)別不同分子的一個(gè)重要性質(zhì)，也是生命的先決條件。”美國國家航空航天局（NASA）戈達(dá)德中心天體生物學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室的詹森?德沃金說，盡管右旋氨基酸的生命形式也有可能運(yùn)轉(zhuǎn)良好，但它們不能混合。“混合了左旋和右旋氨基酸的人工蛋白質(zhì)，是無法運(yùn)轉(zhuǎn)的。”右旋分子是人體生命的克星！因?yàn)槿耸怯勺笮被峤M成的生命體，它不能很好地代謝右旋分子，所以食用含有右旋分子的藥物就會(huì)成為負(fù)擔(dān)，甚至造成對(duì)生命體的損害。
然而用一般人工方法合成的氨基酸，都會(huì)產(chǎn)生等量的左旋和右旋版。因此人們假設(shè)，在地球生命起源以前，左手性分子和右手性分子是等量混合的。但這種狀態(tài)逐漸演變成了只產(chǎn)出一種手性的分子，生命（至少地球生命）的左旋化是怎樣開始的？
隕星碎片的答案
2000年1月，一顆大號(hào)流星在加拿大英屬哥倫比亞上空爆炸，碎片雨點(diǎn)般落在塔吉什湖冰面，許多人目睹了這些火球，并在幾天內(nèi)收集了隕星碎片，冰凍保存以避免受到地球生命的污染。最近，NASA的天文學(xué)家對(duì)這些隕星碎片進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)其中額能蘊(yùn)藏著解釋生命手性起源的答案。
“為何所有已知的生命都只用左旋氨基酸來構(gòu)建蛋白質(zhì)？”NASA戈達(dá)德航天飛行中心的丹尼爾?格萊溫說，“我們對(duì)隕石內(nèi)部的氨基酸進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可能的解釋�！彼麄兊难芯堪l(fā)表在最近出版的《隕星與行星科學(xué)》雜志上。論文提出了迄今最有力的證據(jù)，小行星內(nèi)的液態(tài)水導(dǎo)致了隕石內(nèi)某種普通的蛋白質(zhì)氨基酸對(duì)左旋的偏愛超過右旋。但這一結(jié)果也使尋找地外生命的任務(wù)更加復(fù)雜。
“隨著研究逐漸深入，塔吉什湖隕星不斷地揭示出越來越多關(guān)于早期太陽系的秘密�！闭撐暮现�、加拿大亞伯達(dá)大學(xué)克里斯托弗?赫德說，他向研究小組提供了塔吉什湖隕星樣本，“最新研究讓我們看到了滲透在小行星中的水的作用，由于這些水的作用使構(gòu)成地球生命的所有氨基酸呈現(xiàn)出左旋的特征�！�
研究小組將樣本碾碎，將它們混入熱水溶液中，然后用液體色譜質(zhì)譜儀來識(shí)別其中的分子�！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，樣本中天冬氨酸的左旋版大約是右旋版的4倍，但丙氨酸的左旋版只比右旋版略多出8%�！备袢R溫說。天冬氨酸是人體每一種酶都含有的一種氨基酸，丙氨酸是構(gòu)成生命必須的另一種氨基酸。
太空形成的氨基酸
“如果這些氨基酸來自地球生命的污染，那兩種氨基酸的左旋版都應(yīng)該大大超過右旋版。”格萊溫說，“然而，只有其中一種左旋版大大超過右旋版，另一種卻相差無幾，這表明它們并非來自地球生命，而是由隕星內(nèi)部所攜帶�！蓖凰胤治鲆沧C明，這兩種氨基酸很可能是在太空形成的。
同位素是具有相同質(zhì)子數(shù)不同中子數(shù)的元素，比如碳-13比普通的碳-12更重。構(gòu)成生命的化學(xué)物質(zhì)更喜歡使用較輕的元素，因此富含碳-13的氨基酸很可能是形成于太空�！拔覀冊跇颖局邪l(fā)現(xiàn)，天冬氨酸和丙氨酸高度富含碳-13，這表明它們很可能原本就存在于小行星內(nèi)，經(jīng)由一種非生物過程而形成的。”負(fù)責(zé)進(jìn)行同位素分析的NASA戈達(dá)德航天飛行中心的杰米?埃爾希拉說，富含碳-13，并且只有一種氨基酸出現(xiàn)了左旋過量，而另一種沒有，這是最有力的證據(jù)，表明某些左旋蛋白基因氨基酸（生命用于制造蛋白質(zhì)的物質(zhì)）能在小行星上過量地形成。
有人提出質(zhì)疑，認(rèn)為隕石中的左旋氨基酸超量，是由于暴露在太陽星云的偏振輻射中所致。對(duì)此研究人員解釋說，在研究樣本中，左旋天冬氨酸超過的數(shù)量非常大，單獨(dú)用偏振輻射是無法解釋的，必須還有其他的因素。
而且只有天冬氨酸左旋超量，丙氨酸卻沒有，這給了研究小組一個(gè)關(guān)鍵提示：在地球生命起源之前，這些氨基酸在小行星內(nèi)部是怎樣被制造出來的？在此過程中怎樣產(chǎn)生了左旋超量？
結(jié)晶過程的秘密
“我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)事實(shí)：丙氨酸和天冬氨酸形成晶體的方式不同。”論文合著者、NASA戈達(dá)德博士后成員亞倫?伯頓說。研究人員探索氨基酸分子的結(jié)晶過程，看它們會(huì)產(chǎn)生左旋還是右旋過量，發(fā)現(xiàn)天冬氨酸和丙氨酸形成了兩種不同類型的結(jié)晶。
研究小組認(rèn)為，最初只有很少的左旋過量，這些左旋過量是通過結(jié)晶化和水溶解作用而被放大的。一些氨基酸，如天冬氨酸的形狀讓它們適合在一起形成純晶體，即只有左旋或右旋分子構(gòu)成。對(duì)于這些氨基酸而言，微小的左旋或右旋過量會(huì)逐漸放大，淘汰反向版的晶體；而丙氨酸在形狀上更容易與其鏡像版結(jié)合，所以這種晶體就由等量的左旋和右旋分子構(gòu)成。隨著這種“混合”晶體的生長，其中某個(gè)旋向也會(huì)有少量過量，但會(huì)逐漸消失。這兩種過程都必需的一個(gè)條件是，氨基酸溶解于水中時(shí)能夠改變其分子旋向。
研究小組解釋說，由此推測一個(gè)可能的情況是，在太陽星云輻射的條件下，比如偏振紫外線或附近恒星的輻射產(chǎn)生了左旋氨基酸，或破壞了右旋氨基酸，導(dǎo)致了最初一點(diǎn)微小的左旋過量。在小行星內(nèi)，最初的左旋過量經(jīng)一種類似于結(jié)晶化的過程而被放大。小行星和隕石碰撞將這些物質(zhì)帶到了地球，左旋氨基酸可能被并入正在出現(xiàn)的生命中，同樣經(jīng)由結(jié)晶化過程使得左旋氨基酸富集起來。在地球上河流、湖泊和海洋底部的古老沉積物中，都發(fā)現(xiàn)有這種類似的左旋富集。
格萊溫說，這一發(fā)現(xiàn)也讓尋找地外生命變得更加復(fù)雜，比如人們假設(shè)火星地下可能存在有微生物，“但根據(jù)研究顯示，非生物過程也能讓某種氨基酸產(chǎn)生左旋過量，因此單獨(dú)的左旋過量無法作為地球以外存在生命活動(dòng)的證據(jù)”。
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