生命的纯手性：从起始物质到纯手性产物

我们在前面谈到过，生命的纯手性（指仅由一种手性分子构成）特质带来了两个层面的难题。首先，生命的纯手性特质是如何从一个本质上是异手性的世界中产生的？其次，鉴于纯手性不如异手性稳定，那么生命的纯手性特质是如何维持的？我们已经从书中了解到，生命之所以可以在地球上出现，一个关键因素是自催化反应的巨大动力。而这一点也恰好可以用来解释为何纯手性的生命系统会从一个异手性的环境中意外产生。一般来说，如果我们通过化学反应将一个非手性物质转化为手性物质，那么最终产物将由等量的左旋和右旋两种构型组成。不过，著名的日本化学家硖合宪三（Kenso Soai）在1995年得到了一个重大的发现。65在某些情况下，我们有可能通过非手性的起始物质得到纯手性的产物。系统的对称性被打破了，这样的结果令人惊讶。这就像是扔了1000次硬币，结果却有999次正面朝上而只有1次背面朝上！难怪硖合宪三出人意料的研究结果引起了轰动。换言之，虽然人们多年以来都认为从非手性的环境中产生纯手性的系统从物理上来说不合理，但现实证明这是可能的。那么这一点和生命的出现又有什么关系呢？

硖合宪三所研究的化学反应以自催化的方式进行，因此反应的产物呈指数增长。这便能解释这个出人意料的结果。如果在反应混合物中，刚开始有一种手性产物稍稍过量，那么在自催化反应惊人的放大作用下，这种产物最后的纯度将非常接近百分之百。换言之，正因为复制是自催化的，所以一个具有自催化反应特点的系统才能诱发纯手性的形成。关于这种反应详细的解释比较有技术性，不过其最基本的特点却很直截了当：复制反应的动力与生命的出现息息相关，而生命另一个惊人的特点——纯手性特质也很有可能与之相关。生命谜题的碎片确实可以拼凑在一起。这多么让人满足啊！(www.xing528.com)

我们已经解释了纯手性是如何从非手性环境中出现的，不过如果纯手性从本质上来说不如异手性稳定，那么纯手性的状态又是如何维持的呢？这个问题和前面几个生命的难题一样可以通过动态动力学的概念来解答。不错，仅具有一种手性构型的系统不如异手性系统稳定，但是这个结论只在热力学角度成立。根据我们的讨论，在复制系统中真正起作用的是动态动力学稳定性。在这一情况下，纯手性比异手性系统更加稳定。生物反应必须具有高度的精确性，这意味着反应分子之间将以“钥匙配锁”这种精准的配对方式进行互动，这种方式只有在纯手性系统中才可以实现。如果系统是异手性的，那么最终将有一半的“钥匙”无法和“锁”配对！因此，纯手性系统的复制效率要高于异手性系统，造成的结果就是纯手性系统展现了显著的动态动力学稳定性。