物理学家们发现了暗示，生命的不对称性——大多数生物化学分子是“左手性”或“右手性”的事实——可能是在早期进化过程中由核衰变产生的电子引起的。在一项耗时13年才完善的实验中，研究人员发现，这些电子倾向于比破坏其镜像分子更频繁地破坏某些有机分子。
许多有机分子，包括葡萄糖和大多数生物氨基酸，都是“手性的”。这意味着它们与它们的镜像分子不同，就像左手手套和右手手套一样。而且，在这些情况下，生命倾向于始终如一地使用其中一个可能的版本——例如，标准形式的DNA双螺旋总是像右手螺旋一样扭曲。但是，这种偏好的原因长期以来一直是个谜。
许多科学家认为，这种选择仅仅是出于偶然。也许，在充满有机化学物质的温暖小池塘中的一个，生命在那里产生，一个统计上的偶然事件在一种化学物质的两个版本的相对数量中产生了一个小的失衡。这种小的失衡可能会随着时间的推移而被放大。
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但是，自然规律中的不对称性使其他人想知道，是否某些物理现象可能在生命早期阶段就倾斜了平衡。弱核力，它参与核衰变，是唯一已知具有手性偏好的自然力：在称为β衰变的亚原子过程中产生的电子始终是“左手性的”。这意味着它们的自旋——一种类似于条形磁铁磁化的量子属性——始终与电子的运动方向相反。
1967年，生物化学家弗雷德里克·维斯特和环境科学家蒂洛·乌布里希特提出，由这些所谓的自旋极化电子产生的 photons ——它们是在放射性物质或大气中宇宙射线粒子的衰变中产生的——可能比另一种分子破坏更多的一种分子，从而造成不平衡。此后，一些物理学家认为，电子本身可能是不对称性的来源。
但是，寻找电子或 photons 可以优先破坏一种分子胜过其镜像分子的化学过程的努力鲜有成功。许多声称已被证明无法重现。内布拉斯加大学林肯分校的化学物理学家蒂莫西·盖伊说，在少数电子手性产生手性不平衡的实验中，无法确定其背后的化学过程，他是最新研究的合著者。但他补充说，查明化学反应将有助于科学家排除该过程的某些候选原因，并更好地理解其背后的物理学原理。
放慢速度
盖伊和同样在内布拉斯加大学林肯分校的物理学家琼·德雷林，用低能量的自旋极化电子轰击溴樟脑气体，溴樟脑是一种在世界某些地区用作镇静剂的有机化合物。在由此产生的反应中，一些电子被分子捕获，然后分子被激发到激发态。然后分子分解，产生溴离子和其他高活性化合物。通过测量产生的离子流，研究人员可以看到每种电子手性的反应发生频率。
研究人员发现，左手性溴樟脑比与右手性电子反应的可能性略高于与左手性电子反应的可能性。当他们使用右手性溴樟脑分子时，情况正好相反。在最低能量下，偏好方向翻转，导致相反的不对称性。
在所有情况下，不对称性都很小，但始终如一，就像抛掷一枚不太公平的硬币。“不对称性的规模就像我们一次又一次地抛掷20,000枚硬币，平均而言，其中10,003枚正面朝上，而9,997枚反面朝上，”德雷林说。
德雷林说，电子的低速是多年后实验最终成功的关键。“相互作用需要更长的时间，我认为正是这种洞察力导致了我们的成功，”她说。
盖伊说，这项测试为手性过量——至少在原则上——如何产生提供了解释。这项研究发表在9月12日的《物理评论快报》上。
法国尼斯索菲亚安提波利斯大学的分析化学家乌韦·迈尔里希说，自旋极化电子可以将不对称性传递给有机分子的想法很有吸引力。盖伊和德雷林观察到的微小效应必须被放大才能影响整个生命的化学——但他说，存在已知的放大机制。“从我的角度来看，主要问题不是放大过程，而是最初的手性对称性破缺，”他说。
迈尔里希说，他希望看到用与生命起源相关的外消旋分子（如氨基酸）重复该实验，看看左手性电子是否产生相同的效果。
原始原因
即使自旋极化电子导致生命变得手性选择性，但仍然不清楚是什么首先产生了这些电子。β粒子的来源包括磷32衰变为硫32，或μ子的衰变，μ子是在宇宙射线粒子撞击大气层时开始的衰变链末端产生的基本粒子。在这两种情况下，电子的运动速度都比盖伊的反应快得多，但他表示，电子有可能在不失去其手性的情况下减速。
伊利诺伊州阿贡国家实验室的化学家理查德·罗森伯格说，除了通过β衰变外，还可以通过其他方式产生速度较慢的左手性电子。2008年，他和他的团队表明，用X射线照射磁化的铁层也可以产生手性偏好。他说，因此，手性也可能在粘附在尘埃云或彗星中磁化粒子上的分子中产生。
盖伊和他的同事计划研究与其他种类樟脑分子的类似反应，以了解电子的自旋如何决定它更喜欢两种手性分子中的哪一种。
左手性电子与有机分子的相互作用并不是生命手性不对称性的唯一潜在解释。迈尔里希赞成另一种选择——由大气层和中子星中的光散射产生的圆偏振光。2011年，迈尔里希和同事表明，这种光可以将其手性转移到氨基酸。
但英国格拉斯哥大学的化学家劳伦斯·巴伦补充说，即使证明了一种常见的物理现象会偏爱左手性氨基酸而不是右手性氨基酸，也无法告诉我们这就是生命的进化方式。“没有确凿的证据。我们可能永远不会知道。”
本文经许可转载，并于 2014年9月25日首次发表。