危險(xiǎn)的“手性”與“鏡像生命”

易于人體吸收的維生素C形式叫“左旋維C”；能促進(jìn)脂肪轉(zhuǎn)化為能量的“撒手锏”叫“左旋肉堿”；提起常見的廣譜抗菌藥，大家會(huì)先想起氧氟沙星的左旋體“左氧氟沙星”……“左旋”這個(gè)詞似乎總在生活中高頻出現(xiàn)，它到底是什么？有沒有“右旋”呢？這就不得不提到化學(xué)中的一個(gè)關(guān)鍵概念——手性。

手性描述了分子或離子在三維空間中的對(duì)稱性特征。換言之，手性分子就是指那些在三維空間中與其鏡像分子互為鏡像卻無法完全疊合的分子，如同人的左手和右手一樣。以蛋白質(zhì)的最小構(gòu)成單元氨基酸為例，左旋的L-氨基酸是地球生命的基礎(chǔ)，幾乎所有生物都使用L-氨基酸來構(gòu)建蛋白質(zhì)；右旋的D-氨基酸則相對(duì)罕見，在某些細(xì)菌和病毒中有所體現(xiàn)。L-氨基酸和D-氨基酸二者結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，但由于生物體內(nèi)的酶和受體對(duì)L－、D-氨基酸的識(shí)別與作用方式不同，二者功能大相徑庭。

由于分子的大小、形狀和分子間作用力都是一樣的，手性分子通常與其鏡像分子擁有相同的物理性質(zhì)，如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解度。而從光學(xué)特性的角度來說，手性分子中的一個(gè)對(duì)映異構(gòu)體可使偏振光向左旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)對(duì)映異構(gòu)體則可使偏振光向右旋轉(zhuǎn)。這種旋光性是手性分子的重要特征，也是“左旋”和“右旋”說法的來源。

在藥物化學(xué)研究中，手性分子的對(duì)映異構(gòu)體可能具有完全不同的藥理活性。以左氧氟沙星為例，它是氧氟沙星的左旋異構(gòu)體，其抗菌活性顯著高于氧氟沙星的右旋異構(gòu)體，且副作用相對(duì)較小。因此，針對(duì)呼吸道感染等細(xì)菌感染的患者，醫(yī)生通常會(huì)開具左氧氟沙星而不是氧氟沙星。

現(xiàn)在你理解了“手性”，不妨做個(gè)大膽的設(shè)想：假設(shè)以地球上現(xiàn)有的“左旋”分子為藍(lán)本，精確復(fù)制出結(jié)構(gòu)完全相同的“右旋”分子。沒錯(cuò)，就好比參照“左手”來創(chuàng)造“右手”那樣，給DNA、蛋白質(zhì)及各類生物分子都復(fù)制出鏡像版，那么是否可以創(chuàng)造出“鏡像生命”呢？

恭喜你，你的想法與科學(xué)家不謀而合。但同時(shí)，這也是一個(gè)非常危險(xiǎn)的想法。

首先，手性鏡像分子可能引發(fā)意料之外的不良反應(yīng)。20世紀(jì)60年代，一種名為“反應(yīng)?！钡乃幬镌跉W洲風(fēng)靡一時(shí)，被孕婦們視作抑制孕吐反應(yīng)的“神藥”。不幸的是，這個(gè)“反應(yīng)停”正是一種手性藥物，其右旋體（R-沙利度胺）能夠鎮(zhèn)靜止痛，而左旋體（S-沙利度胺）會(huì)引發(fā)“海豹胎”——使嬰兒畸形，像海豹一樣四肢缺失，手腳直接連在軀干上，釀成了人類藥物治療史上一場重大悲劇。

其次，手性鏡像生命或?qū)ⅰ懊庖摺爆F(xiàn)有的藥物攻擊?？茖W(xué)家指出，免疫系統(tǒng)依賴于手性分子間的識(shí)別與互動(dòng)，但鏡像細(xì)菌的蛋白和核酸因分子手性完全顛倒，很可能輕易就突破現(xiàn)有生物的免疫系統(tǒng)。就像影視作品中演繹的“喪尸圍城”那樣，鏡像生命一旦從實(shí)驗(yàn)室逃逸，便可能在自然環(huán)境中迅速繁殖，對(duì)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)造成不可預(yù)測的破壞，引發(fā)顛覆性的生化危機(jī)……

2024年12月11日，來自9個(gè)國家的38位頂尖科學(xué)家聯(lián)合撰寫了一篇題為《應(yīng)對(duì)“鏡像生物”風(fēng)險(xiǎn)》的文章，指出制造“鏡像生命”可能帶來包括生態(tài)影響、生物安全和倫理問題在內(nèi)的一系列潛在風(fēng)險(xiǎn)，呼吁研究“鏡像生命”必須審慎，充分評(píng)估和防范潛在風(fēng)險(xiǎn)。前沿科技既蘊(yùn)含著巨大的潛力，又潛藏著難以預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)，在直面未知的道路上，我們每個(gè)人都應(yīng)懷有一顆敬畏之心。