生命起源之謎或被揭開

人類首次在太陽系外的人馬座B2星雲中（圖中圓圈所示）發現手性分子，被認為將有助於破解生命起源之謎。資料圖片

7月3日，世界最大單口徑射電望遠鏡FAST完成最後一塊反射面單元的吊裝，中國科學院國家天文台射電部首席科學家李菂接受採訪時表示，FAST將助科學家們尋找宇宙分子，研究宇宙學尺度上的生命起源。

而在更早的時候，美國研究人員通過高精度射電望遠鏡，在太陽系外的人馬座B2星雲中發現環氧丙烷，這是人類首次在太陽系外發現手性分子。該發現被認為，將有助於破解手性分子乃至生命起源之謎。

所謂手性分子，是指兩種化合物的分子結構像人的左右手一樣呈鏡像對稱，但又不能互相重疊。一個頗為有趣的事實是，包括人類在內的已知生命，組成蛋白質的氨基酸都是左旋的。這是偶然還是宇宙中的某種必然？是否存在「右手性生命」？科學家認為，對於手性分子的研究，有助於揭開「地球上生命最深的秘密」。

南方日報記者 王詩堃 統籌策劃 張志超

1.自然界只有一種手性的生命

就像人的左手和右手，許多分子可以以鏡像形式存在，通過鏡面翻轉達到完全重合。在自然界中組成蛋白質的20多種氨基酸里，除了最簡單的甘氨酸外，都有鏡像結構，都屬於手性分子。科學家發現，除了少數動物的特定器官內含有一些右旋氨基酸外，包括人類在內的生命體，都是由左旋氨基酸構成。

檢測手性方法很簡單，用偏振光通過分子，不同手性會使得光線發生不同偏轉。對氨基酸進行檢驗後，科學家發現，除了少數動物的特定器官內含有一些右旋氨基酸外，包括人類在內的生命體，都是由左旋氨基酸構成。而構成RNA和DNA的核糖卻都是右旋。

化學家在實驗室里製作分子時，總是兩種手性的混合。一個頗為有趣的事實是，手性分子之間有些卻存在著巨大差異，比如毒性等。美劇《絕命毒師》里，主人公老白講了個易懂的例子，在20世紀50、60年代出售的緩解孕婦晨吐的藥物薩利多胺，曾導致不少新生兒先天四肢殘缺。後來科學家發現，這種藥物兩種不同手性的異構體存在巨大差異：一種能夠起到鎮靜劑作用，另一種卻有致畸性。甚至在食物中，我們也只能消化左旋氨基酸構成的蛋白質。不少科幻小說都有類似橋段：人在星際旅行後「手性翻轉」，回到地球上吃啥吐啥，不得已靠特製營養液為生。

為什麼地球上的生命，清一色地只擁有左旋氨基酸，而不是相反？這是偶然還是必然？

生物化學家萊斯利·奧格爾曾認為，這不過是一種偶然：出於某種隨機的因素，地球上的首個有機體使用了左旋氨基酸。其後使用左旋而不是右旋氨基酸，就成為生命固定的而再不可變的特徵。

或者是，左旋氨基酸生物偶然佔據了優勢，隨後形成「馬太效應」，右手性的生物越來越難找到右手性的蛋白質，以致數量越來越少，最後導致了左旋氨基酸統治世界。

另一種觀點則認為，星雲中的化學反應可以形成氨基酸分子，這些分子的手性取決於照射到它們身上的光線的圓偏振方向。科學家認為，來自彗星、隕石的氨基酸中左旋較多，從而確立了其在地球生命進化中的領先地位。

一個例證在於，1969年在澳大利亞發現的默奇森隕石上，所包含的右旋和左旋氨基酸就存在輕微的不平衡。倫敦大學教授克里斯·麥克馬納斯介紹，「有可能是偏振光破壞了右旋氨基酸，在鏡像生命還未能立足於地球時，就掐斷了它的原材料供應。」

但也有科學家認為，「生命只擁有左旋氨基酸」的機制要更加深刻。麥克馬納斯曾評價道，上述這些理論的缺陷，都在於左旋氨基酸非常小的優勢，會在地球早期的混沌中被淹沒。「因此，任何可行的理論，都必須要求不再把眼光局限於地球自身，而要轉為向內去探尋原子的運作機制，或向外去探尋宇宙的深處。」

2.地球之外的生命種子

人馬座B2星雲接近銀河系中央，是銀河系中最大的氣體雲之一，距離地球大約2.5萬光年。人馬座A和人馬座B2星雲是豐富的分子源，從中幾乎能找到所有已發現的星際分子。長期以來，這裡被認為是原始生命的搖籃——科學家認為，在這裡有可能會發現可以構成生命的複雜分子。

科學界比較主流的觀點認為，地球的生命是由彗星帶來，近年來對於太陽系內彗星的觀測也證實了其「資源豐富」：現已在彗星氣體灰塵雲中探測到100多種分子，其中包括氨基酸等手性分子。

最新的研究包括，探索彗星的先驅者「羅塞塔」探測器發現，「丘留莫夫-格拉西緬科」彗星周圍稀薄的氣體中存在甘氨酸（一種簡單的氨基酸）和磷元素。

但是在宇宙尺度上看，太陽系內的彗星和地球實在太接近了，僅僅研究太陽系的生命起源對於宇宙來說太特殊，也太不具有普適性。因此，人類更需要找到一個與太陽系相隔極遠，可以不互相干擾地獨立演化出生命的世界，來證明在宇宙中生命種子的普遍存在，或者證明我們是「獨一無二的」。

人類將目光望向星際塵埃豐沛的人馬座。人馬座B2星雲接近銀河系中央，是銀河系中最大的氣體雲之一，距離地球大約2.5萬光年。人馬座A和人馬座B2星雲是豐富的分子源，從中幾乎能找到所有已發現的星際分子。長期以來，這裡被認為是原始生命的搖籃——科學家認為，在這裡有更大可能發現可以構成生命的複雜分子。

來自美國國家射電天文台和加州理工學院的天文學家，嘗試用位於澳大利亞新南威爾士州帕克斯天文台的64米口徑射電望遠鏡對人馬座B2星雲進行觀察。幸運的是，這次他們找到了環氧丙烷——一種簡單的手性分子。環氧丙烷分子相對較小，並不是生命組成的必要有機分子，但它的發現意味著在太空中有手性分子存在。

這項研究發表於《科學》雜誌，這份國際頂級學術雜誌評價道，對手性分子的研究將揭開「地球上生命最深的秘密」。論文作者、加州理工學院教授布蘭登·卡羅爾說：「這是在系外星際空間中發現的第一個手性分子，是一個開創性的飛躍，將幫助我們認識在生命起源之前的分子如何在太空產生以及它們對生命起源可能起到的影響。」

3.「上帝是左撇子」

曾主持國家自然基金項目《生命分子手性起源的突破》的北京服裝學院副教授龔龑和他的團隊，通過實驗證明了不同手性氨基酸之間，存在微小的能差。簡單來講，以蛋白質為例，在地球上，左旋氨基酸所形成的肽鏈，其能量比右旋氨基酸形成的能量低，所以更加穩定，更有利於生命的形成。

如果跳出生命的角度，物理學家曾認為，「物理學規律總是表現出完全的左右對稱性」。換言之，宇宙的基本規律沒有偏向性，「宇稱是守恆的」。不過，1956年，物理學家李政道和楊振寧提出了「宇稱不守恆定律」假說，認為宇稱守恆不適用於四種基本力的一種——弱相互作用力。不少科學家並不為接受這一觀點，著名理論物理學家泡利稱，「我決不相信上帝是左撇子。」不過，實驗很快證明，在弱相互作用力處，上帝確實是左撇子。

1957年，物理學家吳健雄通過實驗證實了李政道和楊振寧的假說，這也成為20世紀最偉大的物理學成就之一，李政道和楊振寧因此獲1957年諾貝爾物理獎。

在吳健雄的實驗完成後不久，生物化學家、遺傳學家J·B·S·霍爾丹就提出，生命的不對稱性（或曰對稱性破缺）可能反映了宇宙自身的不對稱性。

物理學家皮埃爾·居里曾有句名言「不對稱不可能來源於對稱性。」曾主持國家自然基金項目《生命分子手性起源的突破》的北京服裝學院副教授龔龑認為，「物理中的不對稱，一定會影響到更高級的不對稱。這是一種不對稱破缺的逐級放大。」

龔龑介紹，他們團隊通過實驗證明了，不同手性氨基酸之間，存在微小的能差。簡單來講，以蛋白質為例，在地球上，左旋氨基酸所形成的肽鏈，其能量比右旋氨基酸形成的能量低，所以更加穩定，更有利於生命的形成。

「地球上的生命對稱性破缺，在我看來是一種必然，這與地球或者太陽系的小環境有關。」龔龑告訴記者。

但在地球甚至太陽系之外，「左旋氨基酸組成生命」還能否成立？僅從理論上思考，不考慮生命選擇左旋氨基酸「純屬偶然」的情況，如果生命的對稱性破缺是由於宇稱不守恆所導致，那麼，左旋氨基酸偏多，在宇宙各處都應該是一致的；而若是圓偏振光效應理論成立，那麼在偏振光的另一側，產生的氨基酸將會以右旋為主。不過依照人類現有的觀測能力，尚無法做到如此大範圍的觀測。在人馬座B2星雲發現手性分子，也僅僅是起步。

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FAST將助科學家

尋找星際有機分子

7月3日，位於貴州黔南州平塘縣大窩凼的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）的最後一塊反射面單元成功吊裝，這標誌著FAST主體工程順利完工。這隻「觀天巨眼」預計於今年9月全部竣工，開始探索宇宙深處的奧秘。

據了解，建成後的FAST，將成為世界上口徑最大、最具威力的單天線射電望遠鏡，將會為人類探索深空提供新的力量。中國科學院國家天文台射電部首席科學家李菂在接受採訪時表示：「我們的重點是尋找宇宙分子，也就是研究宇宙學尺度上的生命起源。」

即使在實驗室中，觀察分子結構也是頗為複雜，那麼射電望遠鏡是如何「看見」數百乃至上萬光年外的星際分子呢？其實原理並不複雜：早在1937年，天文學家就觀測到，星光在經過星際物質後，某些波長的光被星際雲吸收。就像一台鋼琴的每個按鍵的音調不同一樣，每種有機分子的轉動與振動也都有著自己獨一無二的「音調」，這也使得科學家們得以通過這些有機分子的發射或者吸收光譜來識別出相應的分子。

1963年，天文學家在仙后座探測到了羥基，這是最早發現的星際有機物。此後，陸續發現和認證出近兩百種星際有機分子。一個頗為有趣的發現是，1974年，科學家在人馬座發現了大量乙醇分子——也就是酒精，這比人類有史以來釀的全部的酒還要多出許多個數量級。號稱20世紀60年代的四大發現：宇宙微波背景輻射、類星體、脈衝星和星際有機分子，都與射電望遠鏡有著密切關係。曾經科學家認為星際空間中不太可能存在有機分子，這種觀點早已被事實打破。

科學家認為，隨著FAST等精度更高的射電望遠鏡投入使用，手性分子等複雜有機分子將被大量發現。

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