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若一些原因导致一些效应，
那么原因中蕴含的对称性必会体现在其引发的效应之中。
——皮埃尔·居里（Pierre Curie），1894年
随着DNA结构的发现以及分子生物学领域的突破，我们对生命及其起源的看法不断被刷新。目前较为普遍的说法是，地球的形成或可追溯到45亿年前，生命则出现在41亿至38亿年前。地球生命所具有的一个显著特点便是：构成生物聚合物（生物高分子，如DNA或蛋白质等）的每一个基本组成部分，都以一种单一的对映体形式呈现，也就是说，只存在于一种手性结构中。
就像人的左手和右手那样，两者互为镜像但无法完全重叠，某些有机分子也能以右旋（ D ）和左旋（ L ）两种对称形式存在。这就是神奇的手性！所有的蛋白质，也就是构成生物活细胞的基础物质，都含有数十万个完全是左旋的α-氨基酸（α-氨基酸的左旋构型）。相反地，构成RNA和DNA中核苷酸中心部分的核糖，却总是右旋的。生物体内许多其他的糖类亦是如此。分子的这种手性选择过程叫作生物的同手性。那么问题来了：为什么氨基酸总是左旋的，糖却是右旋的呢？这看似简短的问题背后其实玄机暗藏，迷影重重。
以传统手法在实验室中合成氨基酸或核酸，在不进行特殊干预的情况下，会产生等量的两种对映异构体，也就是左旋右旋各占50%的混合物：这便是所谓的外消旋混合物。自从著名的米勒实验以来，我们就掌握了制造生命基本单位的技术，但在可能的数条反应途径中，并未出现过手性选择即“对单一手性的偏爱”。这并不奇怪，在没有不对称诱导剂（或增强剂）的介入下，分子间 L 型和 D 型的丰度本就不该呈现不对称性。
目前关于地球上生物分子同手性的起源，或者说这种同手性在地球上的放大与增强，存在着好几种假说：一种假说将同手性的产生归结于偶然性，即某种间接过程在抽选两种立体异构体（左旋或右旋）之时产生了随机波动——就像掷骰子时正反面的概率是随机的——导致不对称生物聚合物的产生。另外一种假说则认为这种手性特征其实源自外太空。
生命的基本组成部分很可能形成于星际冰内部，星际冰则蕴藏在恒星的诞生地“星云”之中（图1.2.1）。
这些星际冰可能是生命诞生所需有机物的一个潜在来源。科学家已在实验室中进行了多项天体物理实验，以模拟星际介质的环境：实验中，他们将由水、甲醇和氨构成的气态混合物暴露在紫外线辐射下，模拟出这些星际冰的诞生过程。随后，用先进的色谱技术对这些化合物进行分析，证实了星际冰中存在复杂的有机分子。科学家由此提出，氨基酸或糖类（都是遗传物质的前体）以及磷酸盐（例如在管理细胞过程所需的能量方面起着重要作用的ATP——三磷酸腺苷）构成了太阳系原始有机物的一部分，是它们在太阳系中播下微行星。这些微行星是由尘埃颗粒凝聚而成的致密天体，直径约几十千米，是构筑行星的基石（图1.2.2）。这种化学过程并不稀奇，在大多数孕育行星的区域中都存在。
图1.2.1 鹰星云中心的“创生之柱”，也是新星的孵化场所
因此，大家普遍认为，是彗星或其他一些小天体——如小行星或星际尘埃——在地球上播下了有机分子的种子。尽管星际冰化学和前生命化学（prebiotic chemistry）并不相同，但低温低压条件加上紫外线辐射中的圆偏振光所引起的化学反应，很可能按下了早期地球前生命化学的启动键：这些反应可能导致生命基本元素具有不对称的手性，并从中催生出新的生物合成途径。
图1.2.2 星际介质中存在的氨基酸、核糖和磷酸盐为我们提供了关于生命起源的诸多线索：星际尘埃颗粒表面覆盖着一层薄冰，其中含有水、甲醇和氨等分子，这些尘埃颗粒受到紫外线辐照的影响，通过光化学作用形成不同的有机分子
对碳质陨石——偶然撞击地球的太空岩石残骸进行化学分析，发现了大量左旋氨基酸的存在。这一发现也催生了一种假说，即构成生命基质的生物分子可能源自地外空间。该假说认为，形成我们太阳系的分子云可能促进了左旋氨基酸的选择，这是由于附近恒星的辐射经分子云中尘埃颗粒的散射，产生了圆偏振光。这种特殊的光与手性分子的两个镜像以不同的方式相互作用，导致了分子不对称性的产生。科学家就这些手性光子与有机分子的相互作用进行了研究，证明了外消旋氨基酸混合物的对映选择性光解，且通过模拟星际环境还原了星际冰中氨基酸的不对称光化学合成。换言之，星际圆偏振光为陨石中发现的氨基酸分子不对称性提供了有力论证，而这种光在宇宙中一些新星诞生区域已得到证实。
如果地球生命对左旋氨基酸和右旋核糖的“偏爱”的确起源于外太空，那么，这一现象很可能也已蔓延到了太阳系的其他角落——例如火星表面之下、木卫二或者土卫二（图1.2.3）冰壳之下的海洋里——并在那里悄悄催生前生命化学。因此，对星际环境中同手性生命起源及其形成途径的研究，将直接帮助我们理解地球生命所具备的不可或缺的特性。同时，引入分子手性作为一种生物标志物，也有助于我们在当下以及未来的空间探索中寻找并了解外星生命。
图1.2.3 土卫二上的“喷射”景象：这些“间歇泉”（主要是氢气）是土卫二冰壳下方的岩石体和海洋之间热液活动形成的产物
1. Miller S. L.,《A production of amino acids under possible primitive Earth conditions》, Science , 1953, 117: 528.
2. Evans A., Meinert C., Giri C., Goesmann F., Meierhenrich U.,《Chirality,photochemistry and the detection of amino acids in interstellar ice analogues and comets》, Chemical Society Reviews , 2012, 41: 5447.
3. Meinert C. et al .,《Ribose and related sugars from ultraviolet irradiation of interstellar ice analogs》, Science , 2016, 352: 208.
4. Turner A. M. et al .,《Origin of alkylphosphonic acids in the interstellar medium》, Science Advances , 2019, 5: eaaw4307.
5. Meinert C. et al .,《Photon-energy-controlled symmetry breaking with circularly polarised light》, Angewandte Chemie International Edition , 2014, 53: 210.
6. Kwon J. et al .,《Near-infrared circular polarisation images of NGC 6334-V》, The Astrophysical Journal Letters , 2013, 765: p. L6.
（科尔内利娅·迈纳特）