左右对称性破缺的物理和生物学意义左右对称性是自然界中最基本的对称之一,从分子、细胞到生
物体系都普遍存在,而这种对称很多时候是稳定的。
不过,自然
界中也存在一些对称性破缺的现象,比如某些手性分子只能产生
特定的对映体,而非两种对称一致的对映体;在普通人中,左右
手的形态是镜面对称的,但是很多动物的方向性、甚至花的形状
也不具备这种对称性。
对于物理学家而言,对称性破缺是一个至关重要的问题。
在物
理学中的对称性指的是经过某种操作后,物体的性质不变,其中
最基本的对称性就是左右对称性。
许多物理现象必须要符合对称
性才能被解释,并且左右对称性的破缺可以很好地解释某些现象,比如电子自旋、弱作用等。
另一方面,物理学研究中的不对称性
破缺也可以对生物学研究有所启示。
细胞和生物体中存在的对称性和不对称性
细胞和生物体由众多生物大分子组成,这些大分子通常具有许
多不对称性的特征。
比如,细胞膜分为两个层,其中一个层为亲
水性(水分子友好),而另一个层为疏水性(水分子不友好)。
这种结构破坏了原本的左右对称性。
除此之外,所有的细胞都有两种不同的内部结构:核和质体。
质体是由细胞器官组成,包括线粒体、内质网、高尔基体等,分别具有不同的结构和功能。
而核则是细胞遗传信息的保存中心。
生物体的对称性破缺也表现在对称构建或非对称构建的器官上。
手性和生命中的对称性破缺
手性是一个非常值得探索的生物学问题,它的研究涉及到许多领域,包括化学、生物学、物理学等。
人们意识到手性对生命过程的影响还是比较晚的,但是已经发现手性在生命中起了至关重要的作用,比如在蛋白质合成、酶催化、代谢物参与等方面。
手性分子的研究始于19世纪,从那时起科学家就发现许多手性分子只能形成特定的对映体,而非两种对称一致的对映体。
这种现象被称为手性控制。
之后的研究显示,手性控制在自然界中非常普遍,不仅存在于生物体系中,还存在于非生物体系中。
简单来说,手性控制的产生很有可能是由于某种可逆的对称性破缺所导致的。
而这种对称性破缺可能源于物理、生物或化学层面。
生物体中的对称性破缺同样具有非常重要的生理学意义。
比如,哺乳动物的肝脏只能向右旋转90度,而其他动物的肝脏则可以自
由旋转。
这种对称性破缺可能是进化的结果。
与此类似,鬃毛的
生长方向也表现出左右非对称性。
总的来说,对称性破缺的物理和生物学意义非常重要,其研究
对于深入理解生命体系、解释物质运动和研究反应机制具有重要
的帮助作用。
虽然左右对称性的破缺很多时候被视为不具有对称
性的体系,但是对于科学家而言,这种破坏却是科学研究的极好
题材。