通过将右手手套放置在你的左手上，可以得到一个好的手性表示，因为它们是彼此的镜像，这两种形状不能重叠。这种特性在我们的宇宙中很常见，从最小的粒子到巨大的星系。虽然手性分子物理特性是相同的，但只有一种形式通常被生物体使用，例如DNA或氨基酸。有许多可能的原因可以解释为什么存在这种“生命的同手性”，但对于最终的解释却没有共识。然而这种现象的后果是巨大的，例如在药理学领域，两个手性分子的镜像可以有非常不同的治疗效果。在一项新的研究中，为了揭示镜像分子的微妙特性，一个国际研究小组检测了它们的光电离作用，即它们受到光照射时发射电子的方式。
博科园-科学科普：在波尔多，超快激光在中心激光强度et应用(CELIA, CNRS/波尔多大学/CEA)产生的光被圆极化，然后对准樟脑分子。这使得电磁场呈规则的螺旋形，其方向可以改变。当受到这种螺旋形的光照射时，一个手性分子释放出一个电子，电子也沿着螺旋路径运动。气态樟脑分子的取向是随机的，因此激光束并不总是在同一侧击中手性分子，电子会向不同方向发射。然而对于一个给定的镜像，更多的电子被发射到与光相同或相反的方向上，这取决于极化的方向，就像螺母向一个方向转动或者向另一个方向转动一样。通过非常精确地测量电子是如何发射来研究这种现象的根源，这不仅使他能够确认有更多的电子向一个方向发射，而且还使他发现电子向另一个方向发射的时间比发出电子的时间早7阿特秒。
蜗牛杰里米(上)有一个逆时针旋转的壳，与他的大多数同类蜗牛相反(下)。图片：Dr Angus Davison, University of Nottingham
因此，被圆偏振光电离的樟脑分子的反应是不对称的。手性分子的不对称电离可能解释了生物的同手性。Samuel Beaulieu的实验捕捉到了这一过程的最初几秒钟，数十亿年的进化过程可能导致了生命化学中对某些左手或右手分子的偏爱。在我们理解这个故事中发生的所有步骤之前，还需要有像这样的基本发现。麦吉尔大学(McGill University)的研究人员发现了一种机制，通过这种机制，螺旋生物质体结构可以只用一种酸性氨基酸的左旋或右旋形式，顺时针或逆时针方向合成螺旋生物质体结构。马克·麦基是麦吉尔大学牙科学院和解剖与细胞生物学学系的教授，和团队以及约翰霍普金斯大学的合作者，揭示了某些生物结构（比如陆生和海生蜗牛壳）是如何同时具有顺时针和逆时针螺旋的，不仅在同一物种内，而且在单个生物体的壳内。
在发表在《科学进展》(Science Advances)上的一篇文章中，麦基教授和他的团队通过简单地添加特定氨基酸，构建了生物成分碳酸钙(一种在贝壳中常见的矿物)的手性螺旋结构。值得注意的是，它们也可以通过简单地使用左旋或右旋的氨基酸（天冬氨酸和谷氨酸）使螺旋状结构顺时针或逆时针旋转——这些都是丰富的蛋白质，在许多生物体内引导生物矿化过程。这项研究提供了关键信息，以了解生物惯性结构是如何向相反方向旋转的，发现也让研究人员了解到可能在人类耳锥细胞中出现的病理手性畸形，即内耳的结构，其正常功能通过重力感应和线性加速度检测来维持平衡。研究预测了在人类耳锥虫中可能出现的病理手性畸形，并可能有一天被用于开发基于这一认识的眩晕(失去平衡)的治疗方法。
手性是什么？
你听说过蜗牛杰里米吗？他在2016年成名，因为他不像其他棕色花园蜗牛，他的壳是逆时针旋转的。这种反常现象使得研究杰里米的英国研究人员很难为他找到伴侣。为什么杰里米的壳的螺旋结构如此重要？因为这是自然界普遍存在的现象之一手性。互为镜像的物体被认为是手性的如果它们不可能重叠在一起。也就是说，无论你怎样改变它们，它们永远不会是一样的。杰里米的壳是逆时针旋转的，不能叠加在它的绝大多数同类蜗牛时钟旋转的壳上。
氨基酸，蛋白质的基石，也有手性。图片：Public domain, via Wikimedia Commons
就像我们的手是不可重叠图像一样，许多分子也是手性的。氨基酸，蛋白质的组成部分，有手性形式，也就是说，一种是左，另一种是右。科学家最初假设生物螺旋结构（如蜗牛壳或独角鲸的扭曲牙齿）可以用手性分子的作用来解释，这些分子使它们顺时针(左手)或逆时针(右手)旋转。然而在自然界中，有时可以同时发现两种旋转，但这不是事实，因为通常只有左旋氨基酸和生物分子参与生物过程。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Science Advances》,《Science》｜研究/来自：国家科学研究所，麦吉尔大学，DOI: 10.1126/sciadv.aas9819
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