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生命系统中的许多分子都是手性分子，这意味着该分子的镜像与原物质不重合。我们的双手就体现了这样的特征，我们的左手是右手的镜像，但是左手和右手的形状不能直接重合（见图1）。所以我们就用“手性”一词来描述分子这样的特质，并且通过不同的分类方式，我们可以区别手性分子的两种不同形式。D—L命名法（D, L classification）是一种比较早期但在生物学领域沿用至今的分类方法，这种方法以分子与有机物质甘油醛的空间关系为标准，将手性分子标记为D（dextro的缩写，又可称为右旋），而它的镜像则被标记为L（levo的缩写，又可称为左旋）。值得注意的是，D和L两个手性分子的物理化学性质是一样的（虽然偶尔有一些例外的情况，但这些情况现在不在我们的考虑范围之内）。这也意味着在任意一个环境中，两种手性分子的数量也应该是一样的。因为，如果一开始有一定数量的手性物质，该物质仅由单一的手性分子比如说D构成，那么根据热力学第二定律，只要有充分的时间，这个由单一手性构成的物质将成为外消旋体（racemic），这意味着这个物质将具有相同数量的D和L两种形式的分子（这一现象是由D和L两种形式之间的缓慢相互转换而造成的）。简单来说，外消旋体比简单的手性分子形式更加稳定——它更加无序，而只要有充分的时间，物质便会朝着这种更无序的状态发展。
图1 手性物质的手性示意图（如果一个物质的镜像与原物质不能直接重合，那么这个物质具有手性）
我们在开始讨论这个话题时曾说过，构成生命体的许多分子都具有手性。比如蛋白质的基本组成单位氨基酸，以及核酸和碳水化合物的基本组成单位糖，都是手性分子。但特别的是在生命系统中，虽然理论上可能出现两种形式的手性分子，但一般来说都只存在其中一种形式，比如生物体内的糖几乎无一例外的都是D—型糖，而生物体中的氨基酸则几乎都是L—型氨基酸。生命系统具有普遍的 纯手性 特征（仅由一种手性分子构成）。纯手性特征同时带来了两个基本问题。首先，生命中的纯手性现象从一开始是如何产生的呢？鉴于世界上众多物质的手性特征，为何在这个本质上是异手性的世界上会出现纯手性的生命系统？或者换句话说，在这个“双手”俱备的世界上，为什么部分生物却只有“一只手”呢？其次，一旦纯手性系统通过某种方式产生了，我们又该如何解释这一系统的维持呢？毕竟异手性系统（两种手性分子的等量混合物）在本质上要比纯手性系统稳定。从这个角度而言，生命纯手性的特征正是前面所提到的生命的不稳定性和远离平衡态特质的体现。
以上所描述的生命状态和它们独特的性质有力地提醒了我们，生命系统和非生命系统是多么不同。在非生物世界中，不同的物质形式在性质上会呈现出巨大的差异。有的物质是固体，有的是液体，还有的是气体；有一些物质是导体，而另一些则不是；有的物质有颜色，有的无色。但是这些差异都能够通过基本的化学原理获得解答。比如，我们试想一下水的三种基本状态——冰、液态水、水蒸气。第一种是脆性的晶状固体，第二种是无色的液体，而第三种是根本不可见的气体，你很难再找到比这三种形态差距更大的情况了！但是，尽管这三种形态之间的性质差异巨大，我们仍然能完全“理解”该物质的三种不同形态。其中没有谜题，也没有疑惑。
那么这种理解的基础是什么呢？我们的这种理解是基于我们对物质分子层面的理解和相关的动力学理论，根据这些理论我们知道，物质的状态取决于单个分子之间作用力的大小。分子之间的作用力越强，物质就越有可能是固体。当然，温度也会影响物质的状态。温度越高，物质就越有可能是气体，因为单个的分子能够获得更高的动能。所以冰、水和水蒸气独特的性质都直接可以从分子的层面推导出来，自然科学向我们提供了将这一物质的三种状态联系起来的模式。而让我们能“理解”物质的三种状态最重要也最具有决定性的原因是，我们能轻易地将物质从一种状态转换到另一种状态。确实，我们只要根据相态图（phase diagram）的信息就能通过不同的方式对物质的状态进行转换。我们可以通过加压或者加温将冰转化为水，我们也可以直接将冰转化为水蒸气而不需要经过液态水的过程。总的来说，我们能“理解”物质固态、液态、气态的三种状态，是因为我们能够通过基本的分子关系来解释物质不同状态的不同性质，更重要的是，我们的认知使我们能操控上述系统——我们知道使不同状态相互转化的多种方法。
但在生物世界中，我们目前所理解的物质系统并不能详细地解释我们提到的那些生命特性。简单来说，在物质世界中存在着生物这么一个物质系统，其独特的行为模式至今也不能用化学术语来解释。并且矛盾之处在于，尽管我们对生物功能复杂的机制了解得越来越多，我们却依然缺乏对它们的理解。我们虽然越来越清楚细胞中的种种机制，但是那些分子却似乎并不能给我们带来对生物本质的理解。这种状况无异于见木不见林。我们需要为生命独特的性质给出清晰的解答，这样才能真正理解生命。这也是本书试图面对的一个关键性挑战。