硤合宪三证实非线性自催化 破解生命同手性起源之谜

硖合宪三证实非线性自催化 破解生命同手性起源之谜 非线性自催化机制证明极微弱的初始热涨落即可被级联放大为单一手性，地球生命的左撇子氨基酸构型并非预先设定，而是对称破缺被不可逆锁定的结果。 视频从科学家警告防范“镜像细菌”引发灭绝性生态灾难切入，揭示了地球所有生命在分子构型上不可思议的统一同手性现象（蛋白质氨基酸全为左旋、DNA核糖全为右旋）。内容系统梳理了从巴斯德挑晶体发现手性，到弗兰克提出非线性自催化数学模型，再到卡冈发现非线性放大效应与野依良治实验突破的百年探索史。最终以硖合宪三的里程碑式实验为核心，证明微观热涨落或微弱不对称信号可通过自催化被不可逆放大至纯单一手性，解释了非生物化学体系如何无需生命先验便能自发破缺对称性并塑造今日的单手性世界。 地球生命具有高度一致的同手性特征（蛋白质氨基酸全为左旋L型，DNA核糖全为右旋D型），而若人工合成镜像细菌，现有生物的免疫抗体与噬菌体将无法识别，极可能引发灾难性生态崩溃。 (0:00) 1953年查尔斯·弗兰克提出包含不对称自催化与互抑制的数学模型，证明微小热涨落可通过滚雪球效应被放大至100%纯单一手性，从理论上化解了生命起源的对称均等困境。 (6:39) 亨利·卡冈发现催化剂的“非线性效应”，证实异手性配对失活能打破1:1的传递局限，使产物的手性过量（ee）成倍超越催化剂本身的偏差。 (10:01) 硖合宪三团队通过不对称自催化反应，成功将千万分之五（0.00005%）的超微弱起始偏差级联放大至99.5%以上，并证实完全对称的原料可仅凭随机热涨落自发走向单一手性。 (15:59)

节目通过梳理从巴斯德到硤合宪三的化学探索指出，地球生命蛋白质均为L型氨基酸、DNA均为D型核糖的“同手性”特征并非不可逾越的先验神话，微观层面的极其微弱偏差能够借助非线性自催化机制在宏观化学体系中实现完全放大。 镜像生物的潜在威胁与同手性起源悖论 (0:00) 2024年底，包括两位诺贝尔奖得主在内的38位科学家联名呼吁，全球实验室切勿合成全镜像细菌。其核心危险在于，现存由正常手性分子构成的免疫抗体和噬菌体在空间构型上无法识别镜像病原体，一旦泄露将造成完全免疫逃逸并引发毁灭性生态灾难。然而，物理与化学规律在镜像对称下完全成立，实验室无机合成手性分子得到的永远是左右各占50%的外消旋体。 这一事实引出了生命起源中的自洽悖论：生命复制极度依赖同手性结构，如杰拉尔德·乔伊斯（Gerald Joyce）在1984年的核苷酸模板聚合实验所证实的，混入相反手性单体会直接导致“手性毒化”并终止链条延伸；但纯手性分子的合成通常又高度依赖生命酶的催化，非生物化学体系在常理下无法打破严格对半的对称概率。 从巴斯德挑晶体到弗兰克的数学突围 (1:52) 1848年，路易·巴斯德（Louis Pasteur）在显微镜下手工分拣出酒石酸钠铵盐互为镜像的微小晶体，证实了分子的三维手性，并提出“不对称性是生命独有的印记”。针对阿伏加德罗常数级别分子体系中微小随机热涨落会被无限稀释的难题，英国物理学家查尔斯·弗兰克（Charles Frank）于1953年发表理论模型，提出打破均等对称的三个假定：体系中存在手性催化剂、产物具备自我复制的不对称自催化能力，以及左右镜像分子相遇时发生相互抑制钝化。弗兰克从数学上证明，微小手性偏差在此类机制下能够滚雪球式爆发，最终走向100%纯单一手性。 卡冈与野依良治：打破线性传递的非线性效应 (10:01) 化学界曾长期认为手性催化剂的不纯度只能以1:1的比例线性传递给产物。1986年，亨利·卡冈（Henri Kagan）对该教条提出突破，指出金属催化剂能同时结合两个手性配体并形成左-左（LL）、右-右（RR）及左-右（LR内消旋）三种构型。其中异手性的LR构型活性极慢，大量锁死了少数派异构体，使得活性较高的同手性构型主导反应，首次实验证实了产物偏差高于催化剂原始偏差的“非线性效应”。 同一时期，野依良治在二烷基锌加成反应中，利用偏差仅15%的催化剂获得了95%偏差的产物，其核心同样依赖极其稳定且完全钝化的异手性二聚体锁死少数派分子。这一系列实验首次在真实化学体系中证实，微小手性偏差能够被成倍放大，打破了手性无法自行扩展的魔咒。 硤合反应的终极验证：从千万分之五到对称性自发破缺 (15:59) 东京理科大学的硤合宪三进一步将非线性放大与“自催化”结合。1995年其团队在嘧啶-5-甲醛与二异丙基锌反应中实现了不对称自催化。2003年，团队将起始偏差仅千万分之五（ee=0.00005%）的样本引入外消旋原料中，经过三轮级联自催化反应，产物纯度最终突破99.5%，多数派分子扩增了60多万倍。 在完全不添加任何手性诱导物的纯非手性原料实验中，硤合宪三发现每个烧瓶反应结束后均自发趋向接近100%的单一手性纯度，统计上偏左与偏右的烧瓶各占一半，实验印证了弗兰克的预言。后续研究还表明，微量石英粉末晶格、无手性石膏晶体的二维表面原子排列，乃至仅由同位素碳-13替换引起的化学键零点振动微弱差异，均足以被该反应敏锐捕获并放大为接近纯净的单侧构型。 关于史前地球最初打破手性平衡的初始推力，目前科学界仍有外太空陨石带入、星际圆偏振光选择性光解以及弱相互作用宇称不守恒等假说，尚未达成定论。但硤合反应确凿证实，生命同手性无须预存生命作为前提；早期地球如同一次偶然敲定硬币朝向的单一反应，若最初的涨落落在另一边，生命演化的镜像格局便会彻底颠倒。

[6:39] 查尔斯·弗兰克: 在实验里把它做出来，也许并非不可能。 [1:52] 路易·巴斯德: 不对称性是生命独有的印记 [18:57] 漫士: 我们整个地球就像只做了一瓶化学反应，生命诞生的那一刻，硬币恰好落在了左边，于是地球万物的氨基酸便全成了左撇子。 [18:57] 漫士: 如果最初的硬币落向了另一边，今天生活在地球上的便是镜像生物，而坐在讲台上的科学家们联名警告的，将是千万别把我们这一边的细菌给制造出来。 [18:57] 漫士: 生命的同手性并不需要以另一个预存的生命为前提，偶然出现的微观偏差足以席卷整个宏观世界。 [0:00] 科学家联名呼吁: 全世界的实验室千万不要将它制造出来。 [0:00] 漫士: 非生物化学并不偏向任何一侧，生命最初是如何不约而同做出单侧选择的？ [6:39] 漫士: 链一旦接上相反异构体，整条链的延伸立刻发生“手性毒化”而彻底终止。

[0:00] 把一个普通细菌里 [0:01] 所有的分子左右反过来 [0:03] 就成了一个镜像细菌 [0:05] 因为物理和化学规律 [0:07] 照镜子之后没有任何区别 [0:08] 所以它也能好好的活下去 [0:10] 但这个细菌有一个致命的危险 [0:13] 2024年底38位科学家 [0:15] 包括两位诺贝尔奖得主联名呼吁 [0:18] 全世界的实验室千万不要把它造 [0:20] 出来 [0:22] 为什么呢 [0:23] 因为我们的抗体 [0:24] 专门感染细菌的病毒 [0:26] 根本认不出它来 [0:27] 这些细菌全是用真实 [0:29] 世界分子的镜像构成的 [0:31] 天敌和抗体碰上一个 [0:33] 结构处处相反的细菌 [0:35] 根本无从识别和处理 [0:37] 它一旦进入自然界 [0:39] 人动物植物可能都无法抵御 [0:42] 造成大面积的感染和生物灾难 [0:45] 那么问题来了 [0:47] 镜子两边的生命在化学上 [0:49] 本来都一样能够行得通 [0:51] 可是地球上的生命却 [0:53] 全都在镜子的同一边 [0:55] 从细菌到蓝鲸 [0:57] 蛋白质里的氨基酸都 [0:58] 只用其中的一种镜像 [1:00] DNA里的糖也只用一种 [1:02] 另一边的一个都没有 [1:04] 而化学家在实验室 [1:06] 里合成这些分子时 [1:07] 得到的却总是左右各一半 [1:10] 化学本身明明不偏向于任何一边 [1:13] 那生命又如何不约而同的 [1:15] 选择了其中一边的呢 [1:19] 这个问题困扰了 [1:20] 化学家和生物学家100多年 [1:23] 2026年的诺贝尔化学奖颁给了 [1:25] 95岁的法国化学家亨利·卡冈 [1:28] 和日本化学家硖合宪三 [1:31] 他们在烧瓶里不断放大 [1:33] 两种镜像分子的差异 [1:35] 使得我们能够定向 [1:36] 制造镜子某一边的分子 [1:39] 那今天就让我用一期视频带你 [1:41] 走进神奇的手性分子与非线性催化 [1:52] 酿造葡萄酒的人很早就发现 [1:54] 酿酒的木桶里常常会结出一种晶体 [1:57] 叫作酒石 [1:59] 从里面能提取出一种酸 [2:01] 叫作酒石酸 [2:02] 有一种特殊的光叫作偏振光 [2:05] 它只在一个方向上振动 [2:06] 在穿过某些溶液的时候 [2:09] 振动的方向会被旋转一个角度 [2:11] 这种性质叫作旋光性 [2:14] 19世纪中叶 [2:15] 化学家们发现有一种 [2:17] 酒石酸能够让偏振光往右旋 [2:20] 可另一种化学成分一模一样的 [2:22] 酒石酸却对这束光毫无反应 [2:25] 1848年25岁的路易·巴斯德把那种 [2:29] 不旋光的酒石酸做成盐 [2:31] 让它结成晶体 [2:32] 然后放在显微镜下一颗一颗的看 [2:36] 他发现这些小晶体其实有两种 [2:39] 它们身上的小斜面 [2:40] 一种朝左 [2:41] 一种朝右 [2:42] 就像是镜子里的一对 [2:44] 于是他拿起镊子 [2:46] 把两种晶体一粒粒的挑开 [2:48] 分别溶进水里 [2:50] 再用偏振光去照 [2:51] 结果一份往右旋 [2:53] 一份往左旋 [2:54] 而把两份重新倒在一起 [2:56] 旋光的性质又消失了 [2:59] 人类事后才知道 [3:00] 这种盐只在大约27度以下结晶 [3:03] 才会分成左右两种晶体 [3:06] 要是天气再热一点 [3:07] 左右两种分子就会挤进同一颗晶体 [3:10] 根本分不开了 [3:12] 所以说来 [3:12] 巴斯德能够作为人类 [3:14] 第一个发现手性的人 [3:15] 多多少少也沾了点运气 [3:17] 就是那天不算太热 [3:20] 原来那种不旋光的酒石酸是 [3:22] 左右两种分子各占一半的混合物 [3:26] 两边的旋光作用正好互相抵消了 [3:29] 巴斯德由此意识到 [3:31] 分子也是分左右的 [3:33] 什么叫分左右呢 [3:35] 用数学的话说 [3:37] 一个物体要是它的镜像 [3:39] 转一转就能和自己完全重合 [3:42] 它就没有左右之分 [3:43] 比如一个球一个杯子一把直尺 [3:47] 可是要是它的镜像不管 [3:49] 怎么转都和原来的物体 [3:51] 无法在三维空间中完美重合 [3:54] 它就有了左右之分 [3:55] 比如说我们的两只手 [3:57] 或者说两种不同旋转的螺丝钉 [4:00] 或者说螺旋的楼梯 [4:02] 换个角度说 [4:04] 有左右之分的物体 [4:05] 它的身上是找不到 [4:07] 任何一个对称的面 [4:08] 可以把自己映射成自己 [4:11] 分子也是一样 [4:12] 一个分子只要有一个对称的面 [4:14] 那么它和它的镜像就是同一种分子 [4:18] 可是要是找不到这样的对称面 [4:20] 它和它的镜像就是两种不同的分子 [4:23] 虽然原子都一样 [4:25] 连接的方式也完全一样 [4:26] 但是因为在空间中摆成了 [4:29] 互为镜像的两种样子 [4:31] 不管怎么转怎么翻都没法叠到一起 [4:34] 所以还是有微妙的不同 [4:36] 最常见的情况是一个碳原子 [4:38] 连着4个各不相同的原子团 [4:41] 化学家把分子的这种性质叫作手性 [4:45] 意思就是像手一样分左右 [4:47] 为了方便 [4:48] 我们之后就把这两种互为镜像的 [4:51] 分子分别叫作左旋分子和右旋分子 [4:55] 酒石酸分子里这样分 [4:56] 左右的碳原子还不止一个有两个 [4:59] 两个都朝左就是左旋酒石酸 [5:02] 两个都朝右就是右旋酒石酸 [5:05] 可还有第三种可能 [5:07] 一个朝左一个朝右 [5:08] 这个时候分子的一半 [5:10] 正好是自己另一半的镜像 [5:12] 整个分子照镜子还是它自己 [5:14] 于是它就不分左右 [5:16] 也就不旋光了 [5:18] 化学家叫它内消旋体 [5:20] 旋光在分子内部就自己抵消了 [5:23] 那第三种酒石酸几年后 [5:25] 也是巴斯德自己先预言 [5:27] 再在实验里找到的 [5:29] 几年之后 [5:30] 巴斯德让微生物在左右 [5:32] 各半的酒石酸溶液里生长过 [5:34] 一段时间再去测量 [5:36] 发现溶液居然开始旋光了 [5:39] 这是因为微生物只消耗了 [5:41] 其中一种手性的分子 [5:43] 而另一种几乎原封不动的留了下来 [5:46] 原来活着的生命体也会 [5:49] 区分分子的左旋和右旋 [5:52] 这让巴斯德相信 [5:54] 这种左右的不对称 [5:55] 是生命独有的印记 [5:58] 只有生命参与下造出来的东西 [6:01] 才会有这样偏向一边的性质 [6:04] 那么生命最早的这份 [6:06] 偏向又是从哪里来的呢 [6:09] 巴斯德猜想 [6:09] 也许宇宙里本来就有 [6:11] 某种不对称的力量 [6:12] 在推着生命往一边走 [6:14] 于是从1853年起 [6:17] 他把晶体放进磁场里培养 [6:19] 又用镜子把照向植物的阳光反过来 [6:22] 看看能不能把生命的 [6:24] 手性扳到另一边去 [6:26] 他自己也承认 [6:27] 干这件事得有点疯狂才行 [6:29] 而这些实验最后 [6:30] 无一例外都没有成功 [6:34] 巴斯德始终没有能够找到推动 [6:37] 生命走向镜子某一边的推动力 [6:39] 在普通的化学反应里 [6:41] 同样也找不到 [6:43] 很多化学反应的起点是 [6:45] 一个平面结构的分子 [6:47] 它的正面和背面完全一样 [6:49] 另一个分子要是从正面靠上去 [6:52] 生成的就是左旋分子 [6:53] 要是从背面靠上去 [6:55] 生成的就是右旋分子 [6:58] 两面的机会完全均等 [7:00] 所以每一个新分子的诞生 [7:02] 都像是抛一次硬币 [7:04] 一枚硬币抛10次出现7次 [7:06] 正面一点都不稀奇 [7:08] 可一小瓶溶液里的分子数 [7:10] 是阿伏加德罗常数的级别 [7:12] 一后面有20多个零 [7:14] 硬币抛了这么多次 [7:16] 正反两面的比例应该 [7:18] 无比接近一半一半 [7:19] 就算偶然多出了一些左旋分子 [7:22] 后面的反应也不 [7:24] 应该会因此偏向左旋 [7:25] 我们要是换一瓶重新做 [7:27] 照样还是一半对一半 [7:31] 更神秘的是 [7:32] 生命不光能分清左右 [7:34] 还非得只用一种手性不可 [7:37] 蛋白质的螺旋 [7:38] DNA的双螺旋 [7:40] 都要求每一个组成单元 [7:42] 朝着同一个方向旋转 [7:45] 掺进一个手性相反的单元 [7:47] 螺旋就形成不了了 [7:49] 1984年化学家乔伊斯让核苷酸 [7:52] 也就是组成DNA和RNA的基本单元 [7:55] 照着一个模板 [7:56] 一个一个的接上去 [7:58] 原料全都是用同一种手性的时候 [8:00] 链能顺利的接到20来节 [8:02] 可只要原料里混进了另一种手性 [8:05] 手性相反的那个一接上去 [8:08] 链就停在那里 [8:09] 再也接不下去了 [8:11] 生命得先只用一种手性 [8:13] 分子才能把自己复制下去 [8:15] 可只用一种手性的分子 [8:18] 看起来又只有生命才能造得出来 [8:21] 普通的化学反应是天生公平的 [8:24] 偶然出现的一点 [8:25] 偏差根本不可能持续 [8:27] 那手性分子和生命到底谁先谁后呢 [8:31] 哎这就形成了先有鸡 [8:33] 还是先有蛋的难题 [8:36] 转机出现在1953年 [8:39] 英国物理学家 [8:40] 查尔斯·弗兰克听同事说起 [8:42] 化学家到现在都解释不了 [8:44] 生命的不对称是怎么来的 [8:46] 他决定从数学上试一试 [8:48] 写了一篇只有5页的论文 [8:51] 他在纸上设想了一种 [8:52] 能当催化剂的分子 [8:54] 它催化生成和自己 [8:56] 同一种手性的分子 [8:57] 相当于自己复制自己 [9:00] 化学家把这叫作自催化 [9:02] 同时左旋和右旋的分子 [9:04] 碰到一块就会互相抑制 [9:06] 如果是这样 [9:07] 弗兰克算出来 [9:08] 哪怕只有一开始 [9:10] 极其微小的偶然偏差 [9:12] 多的那一边也会像 [9:13] 滚雪球一样越滚越多 [9:15] 最后整个体系只 [9:16] 剩下一种手性的分子 [9:18] 按照弗兰克的设想 [9:20] 反应里得先有一个带手性的催化剂 [9:22] 让反应能偏向一边 [9:24] 不过这只是第一步 [9:26] 还得有办法让偏差放大 [9:28] 让多的更多 [9:30] 少的更少 [9:31] 更重要的是产物能够 [9:33] 成为它自己的催化剂 [9:34] 这样放大才会一轮 [9:36] 接着一轮停不下来 [9:38] 在论文的最后 [9:39] 弗兰克小心翼翼的写了一句 [9:41] 在实验里把它做出来 [9:43] 也许并非不可能 [9:46] 这三个条件后来成为了 [9:48] 大学课堂上一道经典的谜题 [9:50] 老师拿它来问学生 [9:52] 怎样才能把它们变成 [9:53] 烧瓶里真实发生的反应呢 [9:55] 可是在之后的几十年里 [9:57] 谁也没能在烧瓶里把它做出来 [10:01] 这其中的第一个条件其实早有眉目 [10:04] 20世纪初 [10:05] 德国化学家马克瓦尔德在 [10:07] 反应里加入了一种本身带 [10:09] 手性的分子作催化剂 [10:11] 结果产物里的一种镜像就比 [10:13] 另一种多出了那么一点点 [10:15] 后来这类手性催化剂越做越多 [10:18] 越做越好 [10:19] 手性催化这个领域已经诞生了 [10:21] 2001年和2021年两次诺贝尔化学奖 [10:25] 尤其是制药 [10:26] 几乎离不开手性催化剂 [10:29] 比如你药箱里的布洛芬 [10:30] 就是左右两种分子各占一半 [10:33] 其中真正能止痛的只有一种 [10:36] 好在另一种进入身体之后 [10:38] 会慢慢的被转化过来一部分 [10:41] 所以一半一半的布洛芬照样管用 [10:44] 很多药就没那么幸运了 [10:46] 另一半的分子完全没有药效 [10:48] 所以药厂都希望自己只 [10:50] 造出有用的那一种分子 [10:52] 如果一批催化剂里有60个左旋 [10:55] 40个右旋 [10:56] 你猜做出来的产物会是什么比例呢 [10:59] 当时几乎所有的化学家都会说 [11:01] 也是60∶40 [11:02] 因为每个催化剂分子 [11:04] 都是各自独立的起作用 [11:05] 左旋催化剂生成左旋产物 [11:08] 右旋生成右旋 [11:10] 催化剂有多偏 [11:11] 产物也就有多偏 [11:12] 左旋比右旋多出来的这两成 [11:15] 化学家管它叫作ee [11:17] 英文是enantiomeric excess [11:20] 直译是对映体过量 [11:22] 后面我们就简单的叫它偏差 [11:24] 催化剂的偏差是20% [11:26] 产物的偏差也是20% [11:28] 原原本本的传递下去 [11:31] 可要是照这么说 [11:32] 手性就只能原样的 [11:34] 往下传递这个比例 [11:35] 一点也多不起来呀 [11:37] 最初的那一点点偏差 [11:39] 永远也达不到生命里 [11:41] 那种彻底的不对称 [11:43] 弗兰克要的放大 [11:44] 在化学里好像根本找不到 [11:48] 1986年法国化学家亨利·卡冈已经在 [11:51] 不对称催化这一行做了很多年 [11:54] 每天研究的就是这些催化剂 [11:56] 可他越琢磨越觉得 [11:58] 大家其实并不清楚这些 [12:00] 催化剂在反应里到底是什么结构 [12:04] 这类催化剂一般是一个金属 [12:06] 原子加上一个带手性的分子 [12:09] 金属原子是反应的活性中心 [12:11] 手性分子决定反应偏向哪一边 [12:14] 卡冈想到 [12:15] 一个金属原子往往能 [12:17] 同时和好几个分子结合 [12:20] 所以它很可能同时 [12:21] 结合着两个手性分子 [12:23] 要是催化剂本身就是左右混合着的 [12:26] 那这两个分子就会随机配对 [12:29] 配出左左右右 [12:31] 还有一左一右三种组合 [12:33] 左左的组合生成左旋产物 [12:35] 右右的组合生成右旋产物 [12:38] 这都好理解 [12:39] 真正让人拿不准的是 [12:41] 一左一右的那一对 [12:43] 它的催化效果会怎么样呢 [12:45] 卡冈没法直接观察一对分子的行为 [12:48] 他把左右比例不同的 [12:50] 催化剂一份一份的配好 [12:52] 分别拿去做反应 [12:53] 看看产物到底偏了多少 [12:56] 他把结果画成了一张图 [12:58] 横轴是催化剂的偏差 [13:00] 纵轴是产物的偏差 [13:02] 按照当时的想法 [13:03] 所有点都应该落在 [13:05] 一条斜着的直线上 [13:06] 可是他的点却拱了起来 [13:09] 连成了一条弯弯的曲线 [13:12] 产物竟然比催化剂还要偏 [13:15] 他把这个现象叫作非线性效应 [13:19] 一左一右的那一对催化反应的 [13:22] 速度比左左和右右慢得多 [13:25] 慢到几乎可以忽略不计 [13:27] 但曲线就是因为它才弯起来的 [13:30] 这样一来 [13:31] 受影响更大的是右旋分子 [13:34] 因为右旋本来就少 [13:35] 大多数都会和左旋配成一左一右 [13:39] 也就跟着失去了活性 [13:40] 而左旋数量多 [13:42] 剩下还能有不少的 [13:43] 分子能凑成左左构型 [13:46] 随机配对的时候 [13:47] 第一个是左旋的机会是六成 [13:49] 第二个是左旋的机会还是六成 [13:51] 所以左左大约占六成乘以六成 [13:54] 也就是36% [13:56] 而同样的道理 [13:58] 右右只占四成乘四成 [14:00] 也就是16% [14:02] 真正有催化活性的 [14:03] 左左有36份 [14:05] 右右只有16份 [14:06] 左左多出的这20份 [14:08] 放在52份里 [14:09] 就是将近4成 [14:11] 催化剂的偏差原本只有两成 [14:13] 但产物的偏差就会翻到将近4成 [14:17] 换成别的比例再计算 [14:18] 催化剂的偏差很小的时候 [14:21] 产物的偏差几乎是它的两倍 [14:23] 而偏差越大 [14:24] 这个翻倍就越打折扣 [14:26] 曲线慢慢的会抹平 [14:28] 最后停在100% [14:29] 写成式子就是屏幕上的这一行 [14:32] 差不多在同一个时期 [14:34] 后来拿了2001年诺贝尔奖的 [14:36] 日本化学家野依良治 [14:38] 在一个加锌的反应里 [14:40] 用偏差只有15%的催化剂 [14:43] 做出了偏差高达95%的产物 [14:46] 几乎和用纯催化剂一样 [14:49] 他的那个反应里 [14:50] 一左一右的组合不但没有活性 [14:53] 而且特别稳定 [14:54] 一旦结合就不再分开 [14:56] 15%的偏差意思是100个催化剂分子里 [15:00] 左旋比右旋多15个 [15:02] 每个右旋分子都会和一个 [15:04] 左旋分子结合成稳定的一对 [15:06] 那最后剩下还能单独起催化作用的 [15:09] 就是多出来的那15个左旋分子 [15:12] 一个右旋都不剩 [15:14] 就这样 [15:15] 手性第一次在化学反应里被放大了 [15:19] 弗兰克的第二个条件终于有了着落 [15:21] 有了它催化剂不必做到100%纯 [15:25] 也能造出很纯的产物 [15:27] 反过来从曲线弯成了什么样子 [15:30] 化学家还能推断出真正起 [15:32] 催化作用的是单个手性分子 [15:34] 还是两三个结合在一起的组合 [15:37] 就好像隔着烧瓶 [15:38] 看清了催化剂的结构 [15:41] 不过这样的放大只有一次 [15:43] 催化剂的比例摆在那里 [15:45] 不管你的反应做多久 [15:46] 产物的偏差都会停在那个数上 [15:49] 不会自己接着往上涨 [15:51] 想让这个一点点的 [15:52] 偏差一路放大到100% [15:54] 还差一个能自己复制自己的反应 [15:59] 在东京理科大学 [16:00] 日本化学家硖合宪三研究的正好 [16:04] 是野依良治那一类加锌的反应 [16:06] 他注意到这个反应里的 [16:08] 催化剂和产物的结构非常相似 [16:11] 都是一个连着锌原子的醇 [16:13] 就忍不住想 [16:15] 能不能让产物自己来当催化剂呢 [16:19] 要是真的能做到 [16:20] 每生成一个左旋分子 [16:22] 它又会催化生成更多的左旋分子 [16:25] 左旋越多 [16:26] 生成得就越快 [16:27] 这正是弗兰克设想里的自我复制 [16:30] 可右旋也在同样的复制自己 [16:32] 两边要是增长得一样快 [16:34] 比例就永远不会变 [16:35] 好在这个反应里的 [16:37] 产物分子也会两两结合 [16:39] 而且一左一右的组合几乎没有活性 [16:41] 这正是卡冈所发现的那种效应 [16:44] 复制和配对凑到 [16:46] 一起会发生什么事呢 [16:48] 当左右差不多各占一半的时候 [16:50] 随机两两配对 [16:51] 一左一右的组合会占到一半 [16:54] 它们没有活性 [16:55] 所以产物的总量只能 [16:56] 以一半的速度增长 [16:58] 可左旋比右旋多 [17:00] 出来的那部分不一样算下来 [17:02] 它就好像完全没有受到配对的影响 [17:04] 一直在按照全速复制自己 [17:07] 多出来的那部分按照全速增长 [17:09] 总量却只能按半速增长 [17:12] 两者一除 [17:13] 偏差就会跟着总量一起变大 [17:16] 总量翻10倍 [17:17] 偏差差不多也会翻10倍 [17:19] 总量翻100万倍 [17:21] 千万分之五的偏差就能增长到50% [17:26] 可在当时 [17:27] 人们知道的自催化反应里 [17:29] 没有一个是带手性的 [17:31] 硖合宪三和他的学生们只能 [17:33] 换一个又一个的分子去尝试 [17:35] 直到找到一个合适的 [17:37] 1995年他们发表了这个反应 [17:40] 一开始左右只差2% [17:42] 反应一轮一轮的做下来 [17:44] 偏差涨到了87% [17:46] 这是第一次有人在烧瓶里做出了 [17:49] 弗兰克当年在纸上设想的东西 [17:53] 可是87%离生命那种100%还有一段距离 [17:57] 而且起点那2%的偏差 [18:00] 也是人为加进去的 [18:01] 算不上偶然冒出来的微小偏差 [18:04] 于是硖合宪三接着改分子改条件 [18:07] 又做了整整8年 [18:09] 2003年他们换上了一个改进过的分子 [18:13] 把少量左旋略多的样品掺进了 [18:15] 大量左右各半的样品里 [18:18] 配出的起点是几乎测不出来的 [18:21] 偏差只有千万分之五 [18:23] 相当于1000万个分子里 [18:25] 左旋只比右旋多出5个 [18:28] 第一轮反应做完 [18:29] 偏差变成了57% [18:32] 拿着这批产物再去做第二轮 [18:34] 偏差变成了99% [18:36] 到了第三轮 [18:37] 已经超过了99.5% [18:40] 三轮下来 [18:41] 多的那一种分子的 [18:42] 数量涨了60多万倍 [18:44] 而少的那一种还不到1000倍 [18:47] 开头那一点几乎看不见的差别 [18:50] 最后变成了几乎纯净的一整瓶物质 [18:57] 不过这最开始的一点偏差 [18:59] 毕竟还是人为配出来的 [19:00] 于是硖合宪三干脆什么 [19:02] 带手性的东西都不加 [19:04] 只用左右完全对称的 [19:06] 原料去做这个反应 [19:08] 结果每一瓶最后都 [19:10] 几乎只剩下一种镜像 [19:12] 只不过有趣的是 [19:14] 有的瓶子是左旋 [19:15] 有的瓶子是右旋 [19:16] 重复很多次之后 [19:18] 左右大概各占一半 [19:20] 每一瓶反应刚开始的时候 [19:22] 分子们都相当于是在抛硬币 [19:24] 偶然多出来的那几个 [19:26] 最终决定了整瓶最后是哪一种手性 [19:29] 这正是弗兰克当年在 [19:31] 纸上推出来的样子 [19:33] 除了生命本身 [19:34] 这是第一次有一个化学反应 [19:36] 在没有任何手性物质参与的情况下 [19:39] 自己选定了一种手性 [19:43] 巴斯德当年认为只有 [19:45] 生命才能造出这种不对称 [19:47] 他也试过用磁铁和镜子去推上一把 [19:50] 而硖合宪三后来发现 [19:52] 只需要往瓶里加一小撮石英的粉末 [19:54] 就能定下方向 [19:56] 因为石英晶体本身也分左右 [19:59] 用哪一种石英 [20:00] 瓶里就生成哪一种镜像 [20:03] 更夸张的是石膏 [20:04] 石膏晶体本身是对称的 [20:06] 没有手性 [20:07] 可它的某一个晶面上 [20:09] 原子的排布却分左右 [20:11] 让溶液只接触这一个晶面 [20:14] 瓶子里照样能够定下手性的方向 [20:16] 而换到相反的那个晶面 [20:18] 方向也会跟着反过来 [20:20] 巴斯德想找到的那个推动力 [20:22] 其实可以小到只是一撮粉末 [20:25] 甚至只是接触一个晶体的表面 [20:28] 2009年硖合宪三的团队找来一种分子 [20:32] 它的左右之分只来自一个原子 [20:35] 一边是更常见的碳12 [20:37] 而另一边换成了稍微重一点的碳13 [20:40] 两边的化学性质几乎一样 [20:42] 只是质量不同 [20:43] 影响了化学键振动的频率 [20:45] 让两边的反应速率差了千分之几 [20:49] 可就是这千分之几的差距 [20:51] 放进瓶里 [20:52] 硖合反应照样能够放大出来 [20:54] 生成对应的某一种镜像 [20:57] 那么在早期的地球上 [20:58] 最初的那个推动力又会是什么呢 [21:01] 1969年 [21:02] 一块陨石落在了澳大利亚的默奇森 [21:05] 科学家在里面找到了 [21:06] 来自太空的氨基酸 [21:08] 其中一种左旋型多 [21:10] 出了十几个百分点 [21:12] 天文学家还在猎户座的恒星 [21:14] 诞生区看到了大片像螺丝 [21:16] 一样旋转前进的圆偏振光 [21:19] 这种光会优先破坏 [21:21] 某一种手性的分子 [21:23] 再往深处找 [21:24] 四种基本力里 [21:26] 只有弱力会区分左右 [21:28] 这就是李政道和杨振宁提出 [21:30] 再由吴健雄用实验 [21:31] 证实的宇称不守恒 [21:33] 它会让左右两种分子的 [21:35] 能量有一丁点的差别 [21:37] 只是这点差别实在太小了 [21:39] 大多数估算认为 [21:40] 它比随机的涨落还要小得多 [21:44] 哪一个才是最初的那个推动力呢 [21:46] 今天还没有定论 [21:48] 地球上的生命是不是靠 [21:49] 类似的化学反应放大出来 [21:52] 成为某一种特定的手性 [21:54] 也还没有答案 [21:55] 不过硖合的反应至少说明 [21:57] 生命今天这样彻底的不对称性 [21:59] 并不需要一个同样生命的起点 [22:02] 偶然多出来的那么一点点 [22:04] 就已经足够了 [22:05] 要真是这样的话 [22:06] 我们整个地球就 [22:07] 好像只做了一瓶反应 [22:09] 然后那个硬币刚好抛 [22:11] 到了左边的这一面 [22:12] 所以我们所有的生命的 [22:14] 氨基酸就都是左旋的了 [22:17] 那份关于镜像细菌的警告里 [22:19] 科学家们所担心的那种生命 [22:21] 其实原本就和我们一样能够行得通 [22:24] 要是在生命刚刚起步的时候 [22:26] 那枚硬币落在了另一面 [22:28] 那今天住满地球的就会是它们 [22:30] 而镜子那边的科学家就要联名警告 [22:33] 千万别去造出来我们这一边的细菌 [22:39] 以上就是这期视频的全部内容 [22:41] 关注漫士沉思录 [22:42] 了解更多有趣硬核的科学内容