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黑洞，这个宇宙中最贪婪的天体，也许曾经网开一面，释放了最早的一批生命物质，这些“逃犯”最终落脚地球，进化出了地球生命，并在几十亿年后孕育了我们人类自己。 倒霉的史波克 史波克快要饿死了。他静静地躺在企业号太空船里，周围放满了各式各样的食物和饮料，可是他却一口都吃不下，就算吃得下，也消化不了。 其实，史波克并不是一个正常的人，在一次搭载运输设备穿越时空的行动中，由于设备发生了故障，史波克身体内的物质结构完全“颠倒”了，所有左手性的氨基酸全都变成了右手性的氨基酸，这导致他根本无法享用由左手性的氨基酸构成的普通食物，他不得不在食物堆中忍饥挨饿。 这是美国著名科幻电视系列剧《星际迷航》中的一幕，它向我们展示了物质结构手性的古怪之处。手性是化学分子的一个光学特征，当用光照射化学分子时，分子会让光的振动方向发生变化，有的分子结构让光的振动向左旋转，这样的分子结构就是左手性的;有的结构会让光的振动向右旋转，这样的分子结构就是右手性的。 两个彼此手性相反的化学分子，其内部的原子可能完全相同，排列方式也类似，但却互为镜像。就好像我们的双手分为左右两只，左手和右手的组成成分几乎是相同的，也都有五根手指头，但是，左手是左手，右手是右手，我们无法通过翻转自己的左手，让它完全变成右手的样子。只有我们把左手举到镜子前，左手在镜子里的像才和右手的样子相同。 地球生命全“跑偏” 化学分子的手性和我们的身体和进食有什么关系吗? 关系可大了。蛋白质是我们身体中至关重要的组成成分之一，它们帮助细胞完成各种功能，蛋白质是由多种氨基酸构成的，而氨基酸的结构就具有手性。如果我们探究一下人体，甚至其他生物体内五花八门的氨基酸的手性情况，一个令人震惊的现象会出现在我们面前：几乎所有生物体内的氨基酸，全部都是左手性的! 是右手性的氨基酸不存在吗? 并非如此，如果我们在化学实验室中，通过化学的方法合成氨基酸，反应的产物中既有左手性氨基酸，也有右手性氨基酸，两者数量基本相等。可是为什么生命却只钟情左手性氨基酸呢?这就好比一个人收集了一抽屉的手套，竟然全都是左手手套，而且他也只戴左手手套，从来不戴右手手套一样。 所有的地球生命为什么全都“跑偏”了?这就是生命的“手性难题”。 这个咄咄怪事自从发现之日起，就一直让相关领域的科学家头疼不已。科学家首先尝试着从地球生命诞生之初的情景来解释， 他们猜测，也许手性难题是偶然产生的，宇宙中左手性氨基酸和右手性氨基酸应该是相等的，但在地球历史早期，宇宙中随机地飞来了左手性的氨基酸，降落到地表，于是最早的地球生命就使用了左手性氨基酸组装自己，然后进化出的各种生物，也就只制造和利用左手性的氨基酸了，即使宇宙中再飞来右手性氨基酸，它们也都视而不见，弃之不用。 根据这个解释，宇宙中左、右手性的氨基酸是数量相等的，地球生命偶然选择了左手性氨基酸，也许其他星球上的生命会偶然地选择右手性的氨基酸。 但是，科学家对陨石的研究却推翻了这个解释。每年有许多陨石会落到地球上，一些陨石中携带了有机物，甚至有类似氨基酸的化学分子。考察这些化学分子的手性，我们会发现，左手性的类氨基酸分子总是比右手性的类氨基酸分子要多2%到18%，却从来没有发现过右手性氨基酸占优势的事例。 也许我们可以认为这些陨石在和地球表面接触后和被科学家采集前，受到了地球化学分子的污染，所以左手性的分子总是比右手性的分子多。但是，地球上的氨基酸分子和这些陨石中的类氨基酸分子的结构是不同的，简单的化学分析就可以区分出，哪些分子是来自地球的，哪些分子是陨石从太空中带来的。剔除掉地球污染的因素后，左手性的化学分子依然在数量上占有优势! 这个发现清楚地表明，在地球生命、地球乃至太阳系诞生之前，宇宙中不同手性的化学分子就不是等量的，地球生命选择了左手性氨基酸，很可能并非偶然，而是它们在诞生之初，“原材料”中的左手性氨基酸就占优势。 现在，我们的手性难题变成了——“为什么宇宙中左手性化学分子占优势?” 超新星圆舞曲 1998年，澳大利亚等国的科学家发现，在距离地球1300光年的猎户座星云的区域，弥漫着一种特殊的红外光——圆偏振红外光。一开始，科学家并没有觉得这个发现有多大的价值，但是后来，他们猛然想到，这个发现也许对解决手性难题有重大的价值。 我们知道，分子是由若干原子构成的，原子之间往往依靠原子核外的电子联系。圆偏振光会对原子中的电子产生影响，当光的能量比较强时，甚至可以干扰原子之间的电子，打断原子之间的联系，从而让原子彼此分离，进而让化学分子解体。由于圆偏振光的振动方向有顺时针和逆时针两种，所以不同旋转方向的圆偏振光对不同手性的化学分子的影响也就不同。猎户座星云这个区域的圆偏振光，就能够破坏某种手性的类氨基酸分子，而让另外手性的分子占优势。 根据这个发现，科学家提出了新的猜想，也许在地球历史早期，一批携带着氨基酸分子的陨石受到了大型星云中特定圆偏振光的洗礼，导致陨石中左手性的氨基酸占据了优势。当这些陨石降落到地表后，原始生命的原材料就以左手性氨基酸为主，沿着左手性氨基酸的道路一直走了下去。 这个猜想比较靠谱，但也存在着问题。要破坏掉某种手性的氨基酸，需要圆偏振光具有足够的能量，以触发必需的化学反应，而猎户座星云的红外光是能量很低的光，“火力”远远不够，不能胜任摧毁氨基酸的任务。 从能量上看，只有火力强大的紫外光才可以摧毁氨基酸的结构。猎户座星云中存在这样的紫外光吗? 科学家没有探测到来自那个方向的紫外光，但这并不表示它就不存在。因为星云中含有的气体分子能够非常有效地散射紫外光，于是紫外光还没有到达地球，就已经被散射掉了，它虽然没有被我们的望远镜检测到，但还是有可能存在的。 比紫外光更强的射线，自然也可以担当筛选氨基酸的重任。美国和日本的科学家就认为，当宇宙中的一类天体超新星发生爆炸时，射线对不同手性的氨基酸的破坏力可能不一样。质量非常大的恒星燃料耗尽，在自身重力的作用下向内猛烈坍缩，向外释放强烈的光芒，这就是超新星爆发的景象。超新星爆发时，会产生含有中微子和反中微子的射线，两者会分别破坏不同手性的化学分子，但破坏的程度有差异，结果一种手性的化学分子比另一种手性的化学分子更多地保留了下来，超新星爆发会造成左、右手性分子的数量失衡。 因此，在氨基酸还没有降落到地球之前，手性分子的失衡就出现了，超新星爆炸就是始作俑者。 从遥远的黑洞到太阳身旁 用超新星爆炸来解释手性难题，也并非没有问题，其中一个问题是，超新星爆炸时可以产生能量极高的伽玛射线，这种射线的能量如此之强，可以摧毁很大空间内的所有氨基酸，不论是左手性还是右手性的，一个不留。这样一来，我们就无法指望着从超新星残骸旁边看到手性失衡了。 解决问题的答案还是要从超新星入手。超新星爆炸之后，一些会坍缩成直径几十千米的、致密的中子星，这种天体会发出伽玛射线，摧毁一切氨基酸。但也有一些质量特别巨大的超新星爆炸后，直接坍缩成宇宙中的怪物——黑洞。黑洞几乎不向外辐射能量，而且可以把落入自己控制范围内的各种物质吸入“腹中”，甚至连光线也难逃黑洞的魔掌。 所以，当超新星爆炸对不同手性的氨基酸进行了筛选后，立刻变成了只吃不吐的黑洞，那么会有相当一部分氨基酸保留下来，同时保留下来的还有手性失衡的现象。 从这个角度说，地球生命采用的左手性氨基酸，其最初的源头氨基酸还要感谢黑洞的“网开一面”，地球生命虽然不是直接来自黑洞，但却的确得到了黑洞的“恩惠”，从黑洞旁边逃离了出来。 这个大胆的解释当然会引起一些学者的质疑。一些人提出，经过超新星爆炸筛选后，左手性和右手性氨基酸的数量差别大概只有1%到5%，和地球生命几乎100%使用左手性氨基酸还差的很远。就算轻微的手性失衡发生在黑洞的旁边，左手性氨基酸又是如何占据了绝对统治地位的? 化学上的催化作用可以做到这一点。即使手性只有轻微的失衡，但是在催化剂的作用下，氨基酸不断地参与反应，复制自身，导致手性的失衡会越来越被放大，左手性氨基酸越来越过剩，直到左手性氨基酸“一统天下”，把右手性氨基酸彻底挤出生命的世界。 这并不只是猜想，而是有实验为依据的。在形成有机分子的碳原子中，99%都是碳-12同位素，也有1%是更重一些的碳-13同位素。2009年4月，日本科学家发现，这个很小的同位素失衡能够触发一个自我催化的过程，导致一种有机产物出现明显的手性失衡。虽然这种有机产物不是氨基酸，但很可能氨基酸也具有类似的自我催化的能力，让左手性越来越占优势。 要完成这样的催化过程，必须有液态的环境，比如人们目前设想的早期地球的原始海洋，或者太阳系某些卫星上的甲烷湖之类。因此，手性失衡虽然发生在遥远的黑洞旁边，但左手性氨基酸的正式“登基”，占据绝对优势，则是在太阳系中，在地球上! 手性难题的答案还没有到盖棺定论的时刻。2014年，人类的一个探测器将在一颗小彗星上着陆，并从彗星表面向下钻探，那里自从太阳系起源到现在，应该还没有被地球氨基酸污染。如果采集的样品表明，彗星上的有机分子的手性的确是失衡的，那么我们对整个宇宙和生命的认识将彻底改观，我们必须承认，构成地球生命的物质最初来自黑洞附近。 而如果彗星上左手性分子和右手性分子势均力敌，那么手性难题可能只是地球生命的特性，和黑洞、超新星没什么关系。但后面这种情况对可怜的史波克却是个好消息，他也许会在宇宙中的其他星球上找到右手性氨基酸的同类，那里能够得到热情款待，让他吃饱喝足，健康生活…… |
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