自然界有不對稱嗎？從蝸牛到致命的化學物質

從蝸牛到致命的化學物質，自然界的不對稱比你想象的更常見。

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右（上）和左卷（下）貝殼花園蝸牛。來源：蝸牛杰里米和其他不對稱動物（2018）
你有沒有想過為什么你的心臟在胸部的左側？或者為什么蝸牛殼似乎總是盤繞在右側？自然界有不對稱嗎？有時被稱為手性（手性代數和右左分類問題），手性代數將排列群理論和群表示理論的方法應用于具有適當變換特性的函數的推導，以描述光學旋轉和圓二色性等手性分子的偽標量測量。事實證明，它比你想象的更常見。
從最小的分子到地球上的動物，手感在自然界的化學和生物學中發揮著重要作用。接下來，讓我們探索這些現象背后的科學吧。
分子不對稱
手性意味著物體或分子不能疊加在其鏡像上。如果你在想象它時遇到困難，事實證明我們的手實際上是可視化它的有用方式。
這么想：你的右手是你左手的鏡像——都有拇指、手指、手掌以及前后——但你不能把一個放在另一個上面，讓它們正確匹配。

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右手和左手是鏡像，它們不能疊加在一起。圖片來源：Pixie/CreativeCommons
在化學中，手性分子可以以兩種形式存在：同一分子的左手或右手形式。這對被稱為立體異構體，意味著無論你以何種方式旋轉或移動它們，它們都不能疊加在一起。這兩個分子具有相同的化學性質，但它們與其他手性化合物的反應不同。
在我們的太陽系之外已經檢測到了這種分子。在名為射手座B2的氣體和塵埃云中檢測到了環氧丙烯，它的存在讓天文學家希望有一天他們會在太空中發現其他基于生命的手性分子。
生物學中的許多重要物質是手性化合物，如碳水化合物、蛋白質的氨基酸積木和DNA中的核酸。 DNA雙螺旋本身也是手性。
沙利度胺是手性化合物的一個特別臭名昭著的例子。從1957年到1961年有售，作為治療懷孕期間晨吐的一種方式，然后發現它會導致先天缺陷。
研究人員發現，雖然一種沙利度胺立體異構體會產生所需的鎮靜作用，但另一種導致先天缺陷。
據估計，在婦女懷孕期間有10,000名嬰兒（包括雙胞胎和多胞胎）受到沙利度胺使用的影響。 40%的嬰兒在出生前后死亡，其他人則患有肢體、眼睛和心臟問題等先天缺陷。

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沙利度胺的兩個立體異構體。左：S-沙利度胺，具有致畸作用。右R-沙利度胺，具有鎮靜作用。圖片來源：知識共享
【自然界有不對稱嗎？】我們身體外部的不對稱
對稱和不對稱在生物發展和行為中都發揮著重要作用。
人體外部的左側和右側本質上是彼此的鏡像， 99%以上的動物也是如此。一種無視這種趨勢的動物是普通的花園蝸牛，因為幾乎每只蝸牛都有一個向右盤繞的貝殼。
2019年SCINEMA國際科學電影節紀錄片《左帆杰里米和其他不對稱動物》深入探討了這種不對稱性。向我們介紹杰里米的精彩故事（這些蝸牛它的外殼盤繞在左邊而不是右邊）。
這部電影還觸及了其他也表現出不對稱的稀有動物，包括：雙眼在身體一側的成年扁魚（Bothusmancus），鳥種十字嘴（Loxiacurvirostra）成年成員的上頜骨和下頜骨，它們向相反的方向彎曲，以及從左上顎伸出的獨角鯨（Monodonmonoceros）的獠牙。