你的左右手为何对称？埃及“狮身人面像”给了答案……
你的左右手为何对称？埃及“狮身人面像”给了答案……
生命为何偏好某一手性？这是一个深邃的科学问题，吸引了众多科学家的关注。近期，旧金山Chan Zuckerberg生物中心的Greg Huber教授团队提出了一个有趣的解题思路：借助古埃及狮身人面像的几何特征，建立"狮身人面学说"，尝试解释生物体内的手性偏好之谜。
当我们摊开手掌，我们的左右手互成镜像对称，但每只手无论如何旋转，都无法完全叠加重合，这便是"手性"现象最直观的表现。在自然界中，从微观分子到宏观生物体，手性无处不在。例如，DNA螺旋结构极大部分具有右手性螺旋结构，构成生命的有机分子也绝大多数都是手性分子，氨基酸、天然糖类都有左右手性之分。
更令人好奇的是，构成生命的同类型分子中往往某一手性构型占大多数，这种现象被称为同手性。例如，组成蛋白质的α-氨基酸几乎都是L型，核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）中的核糖全是D型。这种同手性偏好究竟是如何形成的？科学家们从不同角度进行了探索。
真实的狮身人面雕像与狮身人面几何图形 | 图源：danielharper.org
2018年，胡伯光教授在旧金山组建了自己的生物物理理论课题小组，引入理论物理学工具，创建复杂的生物过程模型以展开研究。他注意到狮身人面几何图像的手性特征，认为如果将这一古老几何形象用于密铺问题，兴许能揭示生物学中的手性偏好问题。
具体来说，团队从最基本的三角形几何图像开始，使用6块等边三角形拼出最小的狮身人面二维图像（见下图），也成为1阶狮身人面像，表现出固有手性：头部向左即左手性（L-狮身人面像），头部向右便是右手性（R-狮身人面像）。
上图左上角为1阶狮身人面像，左下角为2阶狮身人面像，中间和右边为四个3阶狮身人面像。| 图源：参考文献[1]
随着密铺过程中1阶狮身人面像数量的增加，可能的组合方式也相应地呈指数增长：5阶狮身人面像有153种不同组合方式而形成，6阶是狮身人面像有近7.2万种组合方式，13阶狮身人面像内的组合方式更是达到惊人的10^30种，呈指数级方式增长。
图源丨参考文献[1]
随后，研究人员引入手性相互作用能量（interaction energy），模拟了高能量与低能量，类似于高温与低温条件下手性狮身人面像的相互作用情况。通过蒙特卡洛算法，以23阶L-狮身人面像为例（见下图），发现在高温条件下，相同手性的1阶狮身人面像几乎无法相互作用，左右手性杂乱贴合，相互作用能量越高，最后越容易形成左右手性混乱分布的图像（右边的狮身人面像）。而随着温度的降低，更多1阶L-狮身人面像相互贴合，占据了图像中大部分的位置，相互作用变得更为有序，相互作用能量也偏低，使得更多相同的手性拼贴在一起，形成以左手性为主要手性偏好的最终图像（左边的狮身人面像）。
图源丨参考文献[1]
Huber教授团队的研究提供了一个简化的基本手性模型，表明混乱中能产生秩序，相似的手性分子更会被与自己相似的分子所吸引。这个发现不仅有助于理解生命分子的同手性谜题，还可能在病毒衣壳结构、磁性链式反应等领域产生重要影响。