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从海床上潜伏的比目鱼到人类的左右手 ， 从总是向右边卷曲外壳的蜗牛到致命药品的化学分子 ， 自然界中的不对称现象比你想象的要普遍得多 。
一只右螺旋形(上)和另一只左(下)螺旋形的花园蜗牛
你有没有想过为什么你的心脏在胸部的左边?或者为什么蜗牛壳总是向右边卷曲?自然界为什么有这些不对称?让我们来探索这些现象背后的科学 。 不对称性比你想象的更加常见 ， 从最微小的分子到地球上的动物 ， 非对称性在自然界的化学和生物学中扮演着重要的角色 。
分子的不对称性
不对称性又称为“手性” ， 手性一词来源于希腊语“手”（Cheiro） ， 意味着一个物体或分子不能和它的镜像重合 ， 就像左右手的关系 ， 彼此不能互相重合 。 事实上如果你想象不出来 ， 我们的手正是一种很好的形象化方式 。 你可以这样想:你的右手是你左手的镜像 ， 两只手都有拇指、手指、手掌 ， 还有正面和背面 。 但你不能把一只手放在另一只手上 ， 让它们正确地匹配起来 。
右手和左手是镜像 ， 它们不能相互叠加
在化学中 ， 手性分子可以以两种形式存在：同一分子的左旋形式或右旋形式 。 这对分子被称为立体异构体 ， 这意味着无论你以何种方式旋转或移动它们 ， 它们都不能相互叠加 。 这两个分子具有相同的化学性质 ， 但它们与其他手性化合物发生不同的化学反应 。
目前这类分子在太阳系外已经被探测到 。 在一个名为人马座B2的巨大气体和尘埃云中发现了环氧丙烷 ， 它的存在给天文学家带来了希望 ， 这代表他们可能有一天在太空中发现其他以生命为基础的手性分子 。
在生物学中 ， 许多重要的物质也是手性化合物 ， 如碳水化合物、蛋白质的氨基酸和DNA中的核酸 。 DNA双螺旋本身也是手性的 ， 存在一个右旋 。
一个特别臭名昭著的手性生物化合物的例子是沙利度胺 ， 从1957年到1961年它作为一种治疗孕妇怀孕期间晨吐的药品被广泛使用 ， 后来这种药品被发现会导致婴儿的出生缺陷 。 研究人员发现 ， 一种沙利度胺的立体异构体产生了预期的镇静效果并且对人体无害 ， 而另一种沙利度胺则导致了严重的婴儿出生缺陷 ， 尽管这两种沙利度胺的化学成分都是完全相同的 。
据估计 ， 有1万名婴儿在怀孕期间受到沙利度胺的影响 。 40%的人在出生前后死亡 ， 其他婴儿有肢体、眼睛和心脏等先天缺陷 。
【左手，右手一起摇摆，让我们看看自然界的不对称性】
沙利度胺的两个立体异构体 。 左：S-沙利度胺 ， 具有致畸作用；右：R-沙利度胺 ， 有镇静作用
身体外部的不对称性
对称和不对称在生物发育和行为中都扮演着重要的角色 。 人体外部的左右两侧本质上是彼此的镜像 ， 99%以上的动物也是如此 。 但是有一种动物不这么想 ， 那就是普通的花园蜗牛 ， 因为几乎每个蜗牛都有一个向右卷曲的壳 。
2019年国际科学电影节纪录片《左手帆船杰里米和其他不对称动物》对这种不对称进行了深入探讨 ， 向我们介绍杰里米的迷人故事 。 故事围绕一个百万分之一概率产生的蜗牛 ， 它的壳卷曲在左边而不是右边 。 影片还提到了其他也表现出不对称的稀有动物 ， 例如成年比目鱼 ， 它们的两只眼睛在一侧的身体 。
两只眼睛长在身体同一侧的成年比目鱼
但是 ， 在某些情况下动物是如何对称或不对称发育的呢?答案就在我们身体的基因中 。 自从这部纪录片拍摄以来 ， 研究人员实际上已经发现了决定蜗牛外壳左右不对称的基因——Lsdia1 。 通过操纵这一基因 ， 科学家们能够培育出具有向左卷曲外壳的蜗牛 ， 并将这种特性遗传给下一代 。
身体内部的不对称
然而 ， 我们身体内部的情况就不同了 ， 许多器官例如如心脏或肝脏只位于身体的一侧 ， 而其他器官如肺脏和肾脏则对称生长 。 有一种罕见的人类情况被称为右位心 ， 心脏位于右侧而不是左侧 。 这种情况有时还伴有内脏逆位的情况 ， 即所有内脏器官的排列是正常解剖结构的镜像 。
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