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的兩種結構形式。儘管這些分子的化學成分相同,但是在結構上它們是彼此的映象——我們無法用這樣一個分子填充被另一個分子佔據的空間,就像我們的右手永遠無法插進左手手套裡一樣。
“左撇子”分子在偏振面上向左旋轉,而“右撇子”分子則向右旋轉。自然界中的糖分子絕大多數是“左旋的”,而大部分氨基酸是“右旋的”。此外,我們的身體也適應了食物的“偏向性”,它根本就不會接受一塊“左右顛倒了的”麵包。
分子神秘的“偏向性”也表明生活中更多的是不對稱,而不是對稱。人類的偏手性以一種方式說明了我們的左右兩側身體並不是彼此真正的映象,在我們完全對稱的外表下隱藏著驚人的不對稱。例如,我們的心臟和脾臟幾乎總是位於體內中間偏左的位置,而我們的肝臟和胰腺則處在身體的右側。人類的大腦功能同樣是不對稱,大多數人的語言中心都位於大腦的左側。
自然中的對稱也以多種多樣的方式被打破:如豹、狗、貓身上的斑點與花紋並不嚴格對稱,比目魚的兩個眼睛長在一邊。除了這種形體的位置不對稱外,還有一種有趣的時間上的不對稱,如大多數鳥飛行時都是同時拍打雙翅的,但奇怪的是,燕子和蝙蝠卻是交替著拍打雙翅。蝴蝶翅膀的圖紋與顏色是對稱的,但在中、南美洲,有不少蝴蝶翅膀的圖紋與顏色是左右不對稱的,這並不影響它們的飛行,這是裝飾性的不對稱。
如何解釋這些不對稱現象是生物學家面臨的一大難題。對稱一目瞭然,不對稱則微妙得多。例如,大多數的人習慣於用右手,而使用左手的人僅佔世界人口的11%。為什麼很多人習慣用右手,而左撇子似乎並沒有生存上的缺陷?左手與右手的使用機率卻極不相同,為何比例如此懸殊?
一種理論認為,在人類進化過程中,慣用右手的人在戰場上的死亡率較低,因為他們用右手拿武器與敵人搏鬥,左手拿盾牌保護位於身體左側的心臟。但麻煩的是,另一種理論與上述理論完全相反。它認為,左撇子在戰場上更有優勢,在一個被慣用右手的人主宰的世界上,佔絕對少數的左撇子往往會取勝,因為他們在戰場上總能進行出人意料的抵抗。至少有一些支援這一論點的資料,左撇子在體育賽事中取得了與其人數不相稱的巨大勝利。
自然界的20種氨基酸中,有19種都存在兩種構型,即左旋型和右旋型。在非生物反應產生氨基酸的實驗中,左旋和右旋兩種型別出現的機率是均等的,但在生命體中,19種氨基酸驚人一致地全部呈現左旋型(除了極少數低階病毒含有右旋型氨基酸)。無疑,生命對左旋型有著強烈的偏愛。
有人提出,生命起源時,氨基酸呈左旋型其實是隨機的,它不過是順應了地球圍繞太陽轉的磁場方向。但多數科學家卻認為,左旋型和右旋型的不對稱意味著這兩種能量存在著高低。通常認為,左旋型能量較低,也較穩定,穩定則容易形成生命。
更令人費解的是,雖然構成生命體的蛋白質氨基酸分子都是左旋型的,但組成核酸的核糖和脫氧核糖分子卻都是右旋型的——儘管天然的糖中左旋和右旋的機率幾乎相同。
如果說偏手性為何存在的問題尚未解決的話,那麼它是如何形成的問題同樣沒有解決。胚胎最初形成時完全是對稱的,為了最終發育成不對稱的特徵,它還必須能識別自己,即如何將原子安排到合適的左右位置。
看來,上帝對左右真的是有所偏愛的,如果事事處處都要達到絕對的平衡對稱,“萬物之靈”的生命就不會產生了。
結論:分子結構存在同分異構體,形成手性差異,而自然對手性的選擇是不對稱的。
2.宇稱非對
宇稱就是指一個基本粒子與它的“映象”粒子完全對稱,人在照鏡子時,鏡中的影像