淺談自然界的左右旋現(xiàn)象

【摘要】左右旋是自然界中一種非常常見的現(xiàn)象，本文從生物、物理和化學(xué)等三個方面對高中物理選修中涉及的《左右旋現(xiàn)象》進一步分析，有助于學(xué)生理解自然界的左右旋現(xiàn)象。

【關(guān)鍵詞】自然界 左旋 右旋

【中圖分類號】G633 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）01-0169-01

“金銀花、雞血藤、菟絲花等植物始終向右旋轉(zhuǎn)生長，而向左旋轉(zhuǎn)纏繞向上的植物主要有山藥、扁豆、馬兜鈴、牽牛花等植物，其中何首烏卻是有時左旋，有時右旋，呈‘隨心所欲生長”、“螺母、螺釘和螺栓一般都是右旋的”，這些內(nèi)容是高中物理選修中《左右旋現(xiàn)象》閱讀材料提到的生物和生活中的左右旋問題，這些知識引起了我的興趣。在生活中，乒乓球的旋轉(zhuǎn)就是很有學(xué)問的例子，由于空氣是流體，乒乓球在受到拍的摩擦飛出后具有阻力和摩擦力的影響，使得球呈現(xiàn)出比較明顯的弧線。如上旋球，乒乓球受到擊打后向前旋轉(zhuǎn)前進，由于球的前方和上方的空氣密度要高，摩擦力大主要在球前的上方，而后下面摩擦力小，所以豎直方向合力向下。在生物中也是一樣，不同的生物的莖旋轉(zhuǎn)的方向有左右旋之分，而同種生物的莖像約定好的一樣有著相同的纏繞方向。認識到其中涉及有關(guān)生物方面知識與應(yīng)用，決定進行進一步的生物實地探尋。根據(jù)我現(xiàn)有的學(xué)科知識，我將從生物、物理和化學(xué)三個方面進行探究。

首先，從生物學(xué)科角度。地球的自轉(zhuǎn)不斷影響植物藤蔓的旋轉(zhuǎn)方向，而我假設(shè)的依據(jù)是遠在億萬年以前，地球上在南半球和北半球同時存在兩種攀援生長的植物始祖。生物的光合作用是引發(fā)左右旋現(xiàn)象的主要因素，為了獲得更多的陽光和空間，這些植物莖的頂端就緊緊隨時朝向東升西落的太陽，北半球的植物選擇右旋，而南半球的生物選擇左旋，這樣的逆光旋轉(zhuǎn)無疑是藤蔓植物生物更好的選擇，從而使自身生長發(fā)育得更好，在長期的進化過程中形成了自然界中北半球向右旋和南半球向左旋兩種植物。這與冷凝管發(fā)揮冷凝的原理相似，為了更好地冷凝蒸發(fā)的氣體而進行逆著通入冷凝水。而生物生活周期中對光照的一種趨向性，因此生物的向光性激素調(diào)節(jié)也在北半球的植物選擇右旋和南半球的生物選擇左旋中起到了一定的作用。

其次，從物理學(xué)科的角度。根據(jù)物理學(xué)的旋渦理論，地球上的物體都受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用。由于地轉(zhuǎn)偏向力的作用，物體在地球表面垂直于地球緯線運動時，由于地球自轉(zhuǎn)線速度隨維度的變化而變化，物體由于慣性作用也相對地面保持原有速度運動方向的趨勢。而在著名的赤道之國厄瓜多爾的赤道線上，用漏斗注水實驗時，水流呈垂直下降而不形成漩渦。在北半球，流入速度方向偏右，所以流入的水流速度方向指向中心偏右位置，這就形成了逆時針的漩渦。同理在南半球形成順時針漩渦。同樣對于地球上的植物也受到地轉(zhuǎn)偏向力的作用，在北半球的植物選擇右旋，而南半球的生物選擇左旋或許是一種“借力”的體現(xiàn)。

最后，從化學(xué)學(xué)科的角度。左旋體和右旋體是化學(xué)中對于物種空間結(jié)構(gòu)的名詞，而旋光異構(gòu)現(xiàn)象就是手性。我們通常所說的左撇子現(xiàn)象，在科學(xué)上也屬于“手性”。組成相同但空間結(jié)構(gòu)上互為鏡像（對映體）的分子稱為手性分子。通過偏振光（尼克爾棱鏡）振動平面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，能夠使偏振光振動平面左旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)叫左旋體，而是偏振光振動平面向右等角度旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)叫右旋體。左旋體和右旋體的空間結(jié)構(gòu)用（S）和（R）表示，即與手性原子相連的取代基是按照原子序數(shù)減少的順序排列的，若是以順時針方向定位的為（R）型，而以反時針方向定位的則為（S）型。

雖然對于生物中存在普遍的左右旋現(xiàn)象，但對于許多手性分子的化學(xué)物質(zhì)來說，分子與其對應(yīng)的手型分子也絕不是單單只有物理性質(zhì)的差異。只含有一對映體的藥物稱為手性藥物。手性藥物的開發(fā)逐漸成為了醫(yī)藥發(fā)展的重點方向。由于地球上生物是由左旋氨基酸組成的生命體，它不能很好地代謝右旋分子，所以食用含有右旋分子的藥物就會成為負擔(dān)，甚至造成對生命體的損害。在手性藥物未被人們認識以前，歐洲一些醫(yī)生曾給孕婦服用沒有經(jīng)過拆分的消旋體藥物作為鎮(zhèn)痛藥或止咳藥，很多孕婦服用后，生出了無頭或缺腿的先天畸形兒，有的胎兒沒有胳膊，手長在肩膀上，模樣非?？植馈H僅4年時間，世界范圍內(nèi)誕生了1.2萬多名畸形的“海豹嬰兒”。這就是被稱為“反應(yīng)?！钡膽K劇。后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)停的R-體有鎮(zhèn)靜作用，但是S-對映體對胚胎有很強的致畸作用。所以左右旋的形成與生物體本身的氨基酸代謝和DNA作用方式也有一定的關(guān)系，而由于所學(xué)知識有限，這里不做過深說明。

在自然中發(fā)現(xiàn)天體宇宙運行的過程大部分是左旋的，即逆時針運動。小到人體細胞內(nèi)核的運動規(guī)律大到宇宙的星云運動方向都是左旋的，一旦出現(xiàn)右旋，就標(biāo)志著生命開始衰退。因此，根據(jù)自然界左旋運動規(guī)律來進行探索研究和確定產(chǎn)品為特征，從而產(chǎn)生左旋科學(xué)的一門新興學(xué)問。本文主要從生物、物理和化學(xué)等三個方面試圖解釋了高中物理選修中涉及的《左右旋現(xiàn)象》，希望有助于學(xué)生理解自然界的左右旋現(xiàn)象。

作者簡介：

王家棟（2000.2—），男，漢族，河南省濮陽市南樂縣，高中生。