氨基酸作为手性源
在2021年5月29日上传的我介绍李政道先生思想的演讲第一部分（图一）中，有几位观众提出了有代表性的问题。在这里统一回答如下。
问：既然弱相互作用和电磁力是统一的，那么弱相互作用宇称不守恒是否也可以说电磁力也宇称不守恒？
答：统一的意思是这两种力可以用同一个数学框架来描述，而不是它们变成了同一种力。电弱统一理论这个数学框架，会自然地得到电磁力宇称守恒、弱相互作用宇称不守恒的结论。而且有趣的是，弱相互作用中宇称还是最大程度的不守恒，即在理论允许的范围内取到了最大值。
问：为什么地球上没有使用右旋氨基酸、左旋葡萄糖和左旋核糖的生物呢？
答：普遍的看法是，这是一个偶然现象。有可能最初的生物用的是这些手性的分子，然后它不断复制，后面产生的所有生物都保持了这些手性（关于手性，我之前发过的科普剧有机师姐中有比较好的解释，图二）。也有人认为，这可能跟宇称不守恒有关，也许弱相互作用的宇称不守恒导致左右旋分子的能量也出现差别。但这种差别即便存在，也是非常微小的，所以大多数科学家并不这么认为。
问：请讲一期量子雷达，量子雷达是真的么？
答：其实我在以前几次讲量子计算机的时候，已经提到了量子雷达。量子雷达这个词可以指若干种不同原理的雷达，我介绍的是窦贤康院士与潘建伟院士、张强教授合作研发的风场探测量子雷达（图三）。风场探测的意思就是，探测大气中每个位置有没有风，如果有风的话向哪里刮，风速多少。探测器原理上最好用红外光，因为太阳光里红外部分的能量比较低，太阳对探测的干扰比较小（图四）。但困难在于，红外探测器的性能比较差。窦贤康等人利用单光子频率转换技术，把红外光转换成863纳米的光。这样就大大提高了信噪比，把探测距离从2.6公里提高到了8公里（图五）。这种技术的军用价值和民用价值是显而易见的。经常有人搞不清量子计算机是干什么的，怀疑潘建伟等人是骗子。如果他们明白量子计算机的很多技术跟量子雷达、隔墙观物等实用技术是通用的，他们就不会这么大惊小怪了。
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说明
一项新的研究表明：生命的构成元素可能是宇宙起源，然后搭上陨石来到早期地球。科学家们继续研究生命的组成部分来自哪里，以及它们在整个宇宙中有多普遍。对于我们所识别的每一个构成元素，从碳和磷到蛋白质和核酸，我们还必须问，它是什么时候到达这里的？如何到这里，从哪里到这里？亚利桑那州立大学分子科学学院的Sandra Pizzarello和加州大学戴维斯分校行星科学系的Christopher Yarnes研究了Murchison陨石的提取物。
在银河系中心附近的恒星形成区域人马座B2中发现了环氧丙烷。图片：B. Saxton/NRAO/AUI/NSF/N. E. Kassim (Naval Research Laboratory)/Sloan Digital Sky Survey
博科园-科学科普：该陨石于1969年降落在澳大利亚，以其200磅(90公斤)的重量和碳含量丰富的组成，至今仍是研究最多的陨石之一。在萃取物中发现了一种手性分子的证据，在遥远恒星形成区域也发现了这种分子。手性是指分子中原子的排列，想想对称物体的镜像，比如椅子或订书机。它的镜像可以完美地叠加在原始图像上。然而，手这样的手性物体的镜像是不能叠加在原物上。同手性，或者说是单手性，
在细胞化学反应中起着关键作用，所有的生物(我们所知道的)都含有“左手性”分子。科学家们不确定这是为什么，但一些人认为答案可能与分子的宇宙起源有关。2016年研究人员在人马座B2中发现了环氧丙烷，一种手性分子。人马座B2是一个巨大的分子气体云，距离地球大约25000光年，靠近银河系中心。这些发现表明，生命所需的手性分子可能来自太空，尤其是恒星形成区域。
来自太空的分子
Pizzarello和Yarnes用乙醇从Murchison陨石中提取了粉末，然后对其进行了环氧丙烷测试，环氧丙烷是人马座B2中先前发现的手性分子。在提取物中发现了两种环氧丙烷衍生物，而水解(将化学物质与水分解)使这些衍生物产生丙二醇，进一步证实了环氧丙烷的存在。一个令人惊讶的结果是，在经过4周的冷冻后，样品中出现了聚合物化合物，这是丙二醇的另一个迹象。研究人员认为，这种化合物可能“从母体小行星和早期地球上的陨星氧化物中形成”。
这里我们看到一个左旋氨基酸和一个右旋氨基酸。地球上所有氨基酸的手性都是左手性。图片：NASA
这表明这种分子有能力承受太空的严酷环境和漫长的宇宙旅程。研究人员的结论之一是陨石包含了一种“未知的成分复杂性”。科学家们不知道陨石还有哪些分子秘密，也不知道这些秘密如何改变我们对生命起源的理解。我们所知道的是陨石似乎有非生物合成的成分，或者从非生物分子中创造化合物的成分。Pizzarello在接受《天体生物学》访时说：陨石包含了我们在各种分子物种中寻找的所有东西。
换句话说，化学过程，而不是生物过程，可能产生了第一个活细胞，它们都是同手性的。爱丁堡大学物理与天文学学院的天体生物学教授Charles Cockell相信：生命使用一种手性形式来简化生化识别是有道理的，但是这种配置的来源涉及到一个尚未解答的问题，即化学过程是否早于生物学过程，或者是否手性源自“一种形式的前生命过剩，使生命倾向于放大它现在所显示的手性”。
生命起源的深层根源
尽管陨石携带着生命所必需的分子，Pizzarello指出，我们仍然不知道它们是否对地球上的生命负责，或者它们是否是唯一将手性分子带到地球的宇宙载体。确定的答案很难得到，但考克尔相信，科学家可以通过研究分子对空间生命形式的重要性以及选择手性的过程来破解这个谜题。还有什么其他的前生命秘密被锁在(太空中的)未知化合物中呢？不管答案是什么，这项研究表明“生命之前的化学进化有着非常深刻的根源。
默奇森陨石的样本，它于1969年坠落在澳大利亚，含有多种有机分子，可能暗示生命的起源。图片：Art Bromage/Wikimedia Commons CC BY-SA 2.0
手性是我们所知的所有生命中固有的一种倾向，这个观点要么始于约136亿年前银河系的诞生，要么源自它的诞生。正如卡尔·萨根所说：我们是由恒星组成的。这一发现也暗示了决定论的一个更大的问题，即是物理或化学定律决定了生命的手性，还是取决于偶然性。在很多方面，至少对于生命的起源来说，陨石提供了分离这两种物质的关键。这项工作是由美国宇航局天体生物学通过外太空生物学和进化生物学“地球在其他太阳系”计划支持的。
博科园-科学科普｜Joelle Renstrom/Space｜参考期刊文献 :《地球与行星科学快报》，DOI:doi.org/10.1016/j.epsl.2018.05.026
博科园-传递宇宙科学之美
构成生命的手性分子被陨石带到早期地球上？,宇宙生命之谜告诉我们,陨石上存在有机分子,说明
刘守信，1959年9月生，博士，教授，河北省省管优秀专家，河北省突贡专家，河北省三三三人才人选，河北科技大学三个学科的硕士研究生导师，河北科技大学创新团队带头人重点支持对象。2001年12月至2002年12月在美国西北大学留学一年。多年来围绕河北省优势支柱产业化工（制药），带领一支科研团队开展了深入的基础研究和技术开发，形成了以生物催化与化学合成相交叉的特色研究方向。在手性药物及中间体手性制造技术与半合成天然药物创制方面，承担和完成了国家级四项课题，获得河北省科技进步奖4项，其中两项为一等奖，一项二等奖和一项三等奖，获河北省教学成果一等奖一项。发表研究论文50多篇，其中20篇被SCI收录，影响因子2.0以上的杂志发表4篇，最高因子达到5.116。申请国家发明专利6项，国际专利一项。曾先后获得河北省十佳青年教师、河北省优秀教师、河北省优秀留学回国人员。
在教学方面，坚持在教学一线，实践党的教育方针，做到了教书育人、诲人不倦、传知育才。近年来为本科生开出了“有机化学” “药物合成反应”、“精细化工单元反应”、有机合成等课程，为研究生开出了“高等有机化学”和 “生物催化有机反应”等课程。在教学过程中，用心施教，满腔赤诚，启迪学生去畅想、探索和创造。教育学生自强不息，乐观向上，勇于承担社会责任；教育学生，学习要做到勤、巧、谨、谦。唯有勤才能博览群书，勤于探索，善于研究，细致总结，不断创新；唯有巧才能实现精，而巧者非投机也，是方法、是策略；唯有谨才可获得科学的真谛，也才使学习变得更加实在；唯有谦才是推动学习不竭的动力，取得了良好的教学效果。在本科教学过程中，带领相关课程教学团队建设了“药物合成反应”省级精品课，同时结合河北省的优势支柱产业，在育人方面紧密与地方经济建设相结合，作为主要成员积极参与教学研究，其教学成果“面向区域经济建设的制药工程人才培养模式及专业建设研究”2008年获河北省教学成果一等奖。
在科学研究方面，以氨基酸、多肽、环肽为核心，从天然氨基酸生产新工艺的开发和非天然氨基酸的设计与合成，到具有生物活性的链状环肽、环肽和杂环肽的设计与合成，开发半合成天然药物。主持完成一项国家自然科学基金项目“抗肿瘤先导化合物Sansalvamide A环肽及其相关物的设计和合成”（30472074），目前正在主持另外一项国家自然科学基金项目“基于Sansalvamide 环五肽Caspases 酶抑制剂先导物的设计与结构优化”（30873139）。承担完成河北省自然科学基金项目两项（299307, B2006000302）。对冬虫夏草化学成分环二肽、旋覆花的主要化学成分旋复花内酯以及海洋天然产物sansalvamide A等进行了结构改造，特别是sansalvamideA环肽的研究，设计、合成所得一系列环肽显示出强抗肿瘤活性，申请并公告国际专利（WO 2005/034982 A1）一件，在药物化学专业期刊Journal Medicinal Chemistry和有机专业专业期刊Organic letters等重要期刊发表了研究成果。倍半萜内酯是旋覆花抗肿瘤中草药主要化学成分之一，以此为原料，合成了近五十多种新化合物，发现了多种活性好的化合物，代表论文发表在Bioorganic Medicinal & Chemistry 杂志和Bioorganic Medicinal & Chemistry Letters等国际上有重要影响的专业杂志上，相关研究申请国家发明专利三项。在氨基酸生产中的生物技术方面的研究，申请国家发明专利5项。
围绕河北省优势支柱产业医药化工，开展了医药中间体的合成和产业化研究，完成课题十五项，十项应用于生产。作为技术负责人主持、完成了投资近一个亿的国家高技术产业化专项 “2000吨/年生物法D-对羟基苯甘氨酸高技术产业化示范工程”项目，在国内率先将生物催化技术应用于手性医药中间体D-对羟基苯甘氨酸的生产，结束了我国为此长达近二十年的实验室研究。为此，2002年获河北省科技进步一等奖。开发成功的“两菌两酶非均相法生产D-对羟基苯甘氨酸新技术”
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