DNA螺旋为什么向右旋转？宇宙高能射线里的秘密

如果你缩小到纳米尺寸，沿着地球上任何动物、植物、真菌、细菌或病毒的遗传信息——DNA链向上攀登，它们好像是一个螺旋楼梯，但是你会发现自己从不向左转，而只会向右旋转。

DNA双螺旋向右旋转是所有地球生物的共性之一！

化学家和生物学家认为，为什么所有已知的生命DNA螺旋都是向右旋转， 没有明显的原因。手性分子以配对形式存在，它们就像右手与左手互为镜像，基本上所有已知的化学反应都会产生两种分子的混合物。所以原则上，用向左旋转的核苷酸制成的DNA或RNA链应该和向右旋转的一样有效。

然而，如今生活在地球上的生物的DNA都是向右旋转。许多研究人员认为这种选择是随机的，那些右手基因链只是碰巧先出现，或者数量稍多一些，所以逐渐代替了向左旋转的链条。但一个多世纪以来，一些人一直在思考DNA双螺旋向右旋转是否有更深的根源。

有科学家断言，地球生物的DNA和RNA的形状并不是偶然，这种形状早就刻进了最早形成生命的分子里，它可能起源于宇宙射线。

宇宙高能射线如同来自宇宙深空的子弹，不断冲向地球。当宇宙射线中的高能质子撞击大气层时，它们产生称为介子的微小粒子以及其他的粒子，而介子的快速衰变仅由弱作用力控制，具有镜面不对称性。因此，撞击大气层产生的介子形成粒子雨时，相对于它们的路径具有相同的振动磁定向。当粒子撞击地面时，它们也往往会保持它们喜欢的手性。

在地球生命形成的初期，原始汤里还是赤裸裸的遗传物质形成的大分子，它们有的向左旋转，有的向右旋转。来自宇宙的射线粒子不断地敲击着这些分子，由于粒子的偏振，高能粒子更可能从向左旋转的大分子中敲出电子，从而使它们不稳定，导致突变。

在数百万至数千万年的时间里，这一过程持续发生，只有向右旋转的分子才能正常的遗传下去。因此，可以说是宇宙射线可能加速了地球生命的进化。

当然提出理论就需要验证，研究人员计划让真实粒子敲击大分子，看是否能真的导致大分子快速突变，科学家提出采用最简单的生物测试：一种称为Ames测试的现成检测，将细菌群落暴露在化学物质中，以查明该物质是否导致突变。但是在此次检测中，研究人员不用化学物质，而是计划用不同的手性电子撞击微生物。

试验证明不同的手性粒子确实能使微生物变异，即宇宙射线将我们的祖先从进化的起始加速，但它仍然不能完全解释地球上所有生命的DNA都向右旋转的事实。例如，这个理论没有涉及活的生物体如何从向右旋转的DNA螺旋中构建，而证明这一点非常艰难。

形成蛋白质的简单氨基酸分子绝大多数都是向左旋转，是分子旋光性的一种体现。但是宇宙射线是否可能与偏振光结合，形成小行星上的氨基酸？为什么DNA的旋转方向与蛋白质不同？这些仍是未解之谜。

参考文献：
https://www.quantamagazine.org/cosmic-rays-may-explain-lifes-bias-for-right-handed-dna-20200629/