偶看新闻写给明天的自己初三:DNA是挑食猫，喜欢吃自旋向上的电子
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/07/07 16:49:23
我们的世界并不是完全对称的。虽然许多生物器官分为左右两个，但是DNA的双螺旋结构一般是右旋的，生物体中仅含有少量的左旋DNA（Z-DNA）。这就好像人类社会中，右撇子的人数比左撇子多，这种性质叫做手征性。在量子力学的微观世界中，基本粒子也有手征性。例如，每一个电子都有一种量子性质，叫做自旋。如果自旋的对称轴方向和电子的运动方向平行，这就是右手性电子；反过来，就是左手性电子。那么DNA这样的生物大分子有手征性，和电子的手征性有什么关系吗？
德国和以色列的两组科学家在《科学》杂志发表了一篇文章。他们发现，如果一束电子经过一层DNA分子，那么这束电子当中左右手征的比例就会发生变化。就好像右旋的DNA分子是一只挑食的馋猫，更喜欢“吃”某种手征的电子，而对另一种手征的电子就没什么胃口。
在实验过程中，科学家们将一层DNA分子紧密地铺在晶体金制成的衬底上。将紫外激光垂直照射在金的表面上，就会将其中的电子打出来。这就是让爱因斯坦拿到1921年诺贝尔物理学奖的光电效应。如果没有这一层DNA分子，或是换成别的有机分子，用线性偏振光打出来电子的左右手征比例应该一样（光电效应中，电子的手征性由入射光子的手征性决定。用线性偏振光，打出来的就是在入射方向上未极化的电子束。）。而铺上一层完整的、保留复制能力的DNA分子，情况就产生了戏剧性的变化。科学家们发现，穿过DNA分子的电子，它们的自旋方向大部分和运动方向相反，也就是左手性电子。而其他没有穿过的电子，往往是被DNA俘获了，然后遣返回晶体金的表面。并且，电子极化的效率跟DNA分子的长度和完整性都有明显的关系。
难道是因为DNA拥有特殊的生化功能，所以才这样与众不同吗？当然不是。某些没有生物化学功能的铁磁体薄膜也能充当挑食馋猫的角色。科学家们之所以对这件事情大惊小怪，是因为先前他们认为这种事不可能发生在有机分子身上。因为根据现有的理论，可能是分子中强烈的自旋-轨道耦合，导致了它们能够有选择性地滤过特殊手征的电子。一般认为碳氢化合物分子中的自旋-轨道耦合非常微弱，根本做不到这一点。但是DNA却做到了。
通常，人们并不考虑生物分子和电子自旋之间的联系。这个实验证明，DNA分子对电子的自旋（手征）有极高的选择性。这不禁让科学家们重新审视现有的理论。作者解释说，也许生命系统中的许多现象，甚至自然界中各种手征性产生的原因，都跟DNA和电子的相互作用有关系。
Sheldon想到，自然界中不是还有少量的左旋DNA吗？科学家们为什么不试试看左旋的DNA会不会喜欢做相反的事情呢？
来源：《科学》2月18日论文
Sheldon 编译，沐右 审稿
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