生命起源中对称破缺

一、生命起源中对称破缺

1.蛋白质和核酸的手性

蛋白质和核酸是生物体的生命基础。为什么在自然界中氨基酸有L型和D型两种对称映体，而组成蛋白质的α氨基酸却几乎都是L型。天然糖有D糖，也有L糖，但RNA、DNA中的核酸却是D糖。这是科学之谜，称为生命起源中的对称破缺。蛋白质和核酸的这一特性，称作分子的手性均一性。

已知蛋白质组成成分的氨基酸共有20种，除甘氨酸无不对称碳原子因而无D-型及L-型之分外，一切α氨基酸的α-碳原子皆为L-型，但在微生物中稍有例外。核酸是一种多聚核苷酸，它的基本结构单位是核苷酸，而核苷酸又由碱基、戊糖和磷酸组成。核苷酸中的戊糖有两类：D-核糖和D-脱氧核糖。

生命分子RNA和DNA只由D-核糖组成，而蛋白质只由L-氨基酸组成。然而，核糖的正确复制取决于L-氨基酸构成的蛋白质的活性，两者的手征性是密切相关的。据知在细菌和病毒中，已发现蛋白质和氨基酸组成成分中既有L-型又有D-型，但在大多数生物体中，尤其是高等植物中这种选择是特有的，是什么力量从D-型与L-型分子中只选其一半呢？有人将这种生命现象称之为对称自发破缺，可能具有自然选择的随机性，这有如人们入座就餐时，是左手拿筷或是右手拿筷一样的可能性。这样的随意性比喻并不恰当，唯有找到一种不对称驱动力，才能解开问题本质。

2.Salam假说与生命分子手性均一

我们知道一个基本粒子（电子或正电子）静止时是球面对称的，因此是非手性的，但一个自旋粒子沿着自旋轴的任一方向移动时，它成手性特性，如旋螺运动特性一样。β射线的实质是高能电子β－及其反物质正电子β＋处于固有的自转时，被分成左旋和右旋。自1957年，李政道、杨政宁发现宇称不守恒后，人们试图将β衰变现象作为一对映体过剩的机制，并把β衰变不对称性和生物分子的不对称性联系起来。科学家们试图用实验给予论证，但因为方法和实验条件的不同，常出现矛盾与不一致性。王文清等人系统地分析了氨基酸构型和旋光性后发现，生命起源的早期产生的氨基酸除甘氨酸无手性外，丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、缬氨酸、丝氨酸的L型旋光性质一致为右旋光性有选择而不是对构型（D，L）有选择。

所以，β电子和手性分子的相互作用有可能引起分子的手性选择，但这是外界因素，还必须有内在因素的作用。1991年Salam提出一个新概念，由于弱相互作用，电子与电子耦合形成库柏对，在临界低温下玻色凝聚，使D-氨基酸向基态L型产生二级相变，造成生命起源中对称破缺。一般说来Tc是个临界低温值，这种条件不是在地球上而是在宇宙空间（早在地球形成前）氨基酸的手性选择就已发生。

前些年科学家就已观察到猎户星云，在相当广泛的区域有环形偏振光在旋转。人们认为，当光子作用于氨基酸分子时，顺时针旋转的光子可破坏右手螺旋的氨基酸，而逆时针旋转的光可破坏左手螺旋的氨基酸。由于太阳系曾一度产生了大量的顺时针旋转的光子，破坏了大量的右手螺旋的氨基酸，因此只留下了左手螺旋的氨基酸。由此认为在地球生命形成之前，就有以上小行星光顾地球送来了左手螺旋的氨基酸，这与太阳系一度产生了大量的顺时针旋转形成偏振光有关。