0015：为什么生命需要手性 ？

《请回答1988 个科学难题》系列，原汁原味呈现大模型对科学难题的问答结果。

BingChat：

Searching the web for: why does life need chirality

手性是生命的重要组成部分。例如，氨基酸和糖分子都是手性的，这意味着它们存在左右两种对称的形式。在地球上，生命中的氨基酸都是左手的，而糖分子则是右手的。这种手性选择现象被称为“手性”，它是生命中不对称性的一个重要方面^1^ ^2^。

手性对于生命的存在非常重要。事实上，如果没有手性，生命可能无法存在。这是因为左右对称的分子可以互相转化，但它们在化学和生物学上表现出截然不同的行为^2^。例如，在地球上，生命中的氨基酸都是左手的，而糖分子则是右手的。如果这些分子是对称的，那么它们就会相互干扰，并且可能会导致生命无法存在^1^ ^2^.

虽然我们仍然不完全理解手性选择现象的起源和原因，但科学家们正在努力解决这个问题。例如，一些研究表明，手性选择可能与早期地球上的环境有关^3^。总之，手性选择现象是生命中一个非常重要和有趣的方面，它也是我们理解生命起源和演化过程中必须考虑的因素之一。

Learn more: 1. bigthink.com 2. www.smithsonianmag.com 3. creation.com 4. www.mdpi.com 5. chem.libretexts.org

ChatGPT（GPT-3.5）：

生命需要手性（手性对映）的存在是因为手性在分子结构中可以引起不同的化学和生物学特性，这对于生命的起源、进化和生物体的功能至关重要。手性是指分子的镜像异构体，就像左手和右手是镜像对称的，但不能通过旋转和平移重叠。在化学中，手性分子被称为"手性分子"，它们可以是拥有相同原子组成的镜像对称分子，但由于它们的空间排列不同，它们可能表现出截然不同的性质。

在生命的分子级别中，手性非常重要，因为许多生物分子，如蛋白质、核酸、糖类等，都是手性的。这些分子的手性决定了它们的生物活性、相互作用和功能。例如，生物体内的蛋白质通常是由氨基酸构建而成的，而氨基酸也是手性分子。生物体对特定手性的氨基酸具有高度选择性，错误的手性可能导致蛋白质结构和功能的严重异常，甚至无法正常工作。

此外，手性还与生命的起源有关。在地球上，生命起源的一种假说是由于某种手性选择性，原始有机分子在自然环境中选择性地聚合形成了生命的基本分子结构。这一过程中的手性选择可能与外部因素如光线、温度等有关。

综上所述，生命需要手性因为手性决定了分子的化学和生物学性质，影响生物体内分子的相互作用和功能，同时也可能在生命起源过程中扮演重要角色。

ChatGPT（GPT-4）：

“手性”在化学中是一个描述分子结构的术语。具有手性的分子和其对映体在结构上是镜像关系，但是它们的化学和生物活性可能完全不同。手性对生命至关重要，原因有以下几点：

1. 生物活性的特异性：手性分子在生物体中往往显示出高度的选择性。例如，药物中的一个手性形式可能具有治疗作用，而其对映体可能无效或有毒。对于生物酶来说，它们通常只识别和催化某一个特定手性的底物。

2. 手性的进化选择：在生命的起源和进化过程中，手性分子可能由于某些原因（例如稳定性或效率等）被优选。这就导致了某一种手性的生物分子（如L-氨基酸和D-糖）在生命体中占主导。

3. 复杂性和多样性：手性为分子提供了额外的多样性和复杂性，从而为化学和生物过程提供了更多的选择和调控机制。

4. 分子间的相互作用：手性分子在结构上的差异可以影响它们与其他分子的相互作用。这些特异的相互作用在细胞内的许多过程中起到了关键作用。

总之，生命在演化过程中优选了一种手性，这种选择为生命提供了特定的化学和生物活性。因此，手性对生命来说是不可或缺的。

Llama2-Chat：

There are several reasons why life needs handedness:

1. Molecular recognition: Many biological molecules, such as amino acids and sugars, exist in two forms that are mirror images of each other, known as enantiomers. The "handedness" of these molecules is important for their function in the body, as they can only interact with other molecules in a specific way. For example, the amino acid alanine has two forms, L-alanine and D-alanine, which differ in their spatial arrangement of atoms. Proteins, which are made up of amino acids, also have a specific handedness, and this handedness is crucial for their structure and function.

2. Chirality: Chirality refers to the property of an object that cannot be superimposed on its mirror image. In biology, chiral molecules play a crucial role in many processes, including the synthesis of proteins, nucleic acids, and other biomolecules. The handedness of these molecules determines their ability to interact with other molecules and participate in chemical reactions.

3. Stereoselectivity: Many biological reactions involve stereoselective interactions, where the reaction occurs with one enantiomer but not the other. This means that the reaction can distinguish between the two mirror-image forms of a molecule, even if they have the same physical properties. Stereoselectivity is crucial for the proper functioning of many biological pathways.

4. Evolutionary advantages: Handedness may have evolved as a way to increase the efficiency of biological processes or to reduce errors. For example, the use of L-amino acids in proteins allows for more efficient folding and stability, while the use of R-sugars in nucleic acids helps to maintain their correct spiral structure.

5. Asymmetric synthesis: Some biological processes, such as the synthesis of amino acids and sugars, occur asymmetrically, meaning that one enantiomer is produced preferentially over the other. This can lead to the accumulation of a single enantiomer in cells, which can then influence the handedness of subsequent reactions.

In summary, handedness plays a critical role in the structure and function of biomolecules, allowing them to interact specifically with other molecules and participate in complex biological processes. The prevalence of L-amino acids and R-sugars in living organisms likely reflects a combination of evolutionary pressures and thermodynamic factors that favor the formation of certain enantiomers over others.

百度文心：

生命需要手性是因为手性对生物体的新陈代谢具有实际意义。具体解释如下：

生命体内的一些糖类、蛋白质和氨基酸都具有手性。其中，构成生命的基本物质氨基酸几乎都是左手性的，没有右手性的。科学研究表明，构成生物体蛋白质的氨基酸都是左旋的，这些左旋的氨基酸在生命活动中起着关键作用。

同时，手性在生物体中还具有传递信息的功能。生物体内重要的信息分子——核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA），它们的螺旋结构也具有手性，这些手性结构在遗传信息的传递中起到了重要作用。

因此，生命需要手性是因为手性在生物体新陈代谢和信息传递中都具有实际意义。

阿里千问：

手性是生命的基本特征，它是指生物分子具有左手性和右手性，这种不对称性是生物体系的重要属性，对生物体系的功能有着重要的影响。手性的存在使得生物分子可以更好地识别和结合特定的物质，从而使得生物体系可以实现复杂的生物功能，包括免疫系统、药物筛选和代谢等。

讯飞星火：

生命的手性是由于生命体内有立体选择性的酶促反应产生的，这些反应使得生物体内的分子具有特定的手性（对映体形式），例如氨基酸和糖。这种手性偏倚以前被归因于圆偏振光、流体动力学和磁场，以及许多其他因素。

近日发表于 PNAS 的一项新研究提出手性诱导的自旋选择性机制，来破解这一古老谜题。该研究表明，生命中这种手性对称性破缺最初是由一种叫做“同手性”的现象引起的。同手性是指可与其镜像叠合的物体被称为非手性的，有时也称为双向的，比如两个同样大小的正方体就是非手性的。在同手性的确定性理论中，一个统一的概念是手性偏倚（chiral bias）的存在，它打破了驱动分子形成的对称性，使得一种给定的手性多于另一种。

360智脑：

生命不需要手性。手性是一种分子结构的特性，通常表示为左手或右手螺旋形状。尽管在生物体内存在一些具有手性的分子，但它们通常不会引起生命活动的任何特殊反应。相反，许多生命过程使用对映体(即具有手性)进行调节和催化。这些对映体通常是通过不对称化学合成或光学拆分产生的。因此，尽管手性并不是生命所必需的，但它在生物体内发挥着重要的作用。

昆仑天工：

生命需要手性是因为手性分子的存在可以帮助生命分子在空间中保持稳定，并且在许多生物化学反应中发挥关键作用。

在生命中，手性分子的存在可以帮助保持分子的空间结构和功能，例如DNA和RNA分子。这些分子的双螺旋结构需要手性中心才能保持稳定，并且手性中心的存在可以帮助这些分子在复制和转录过程中保持正确的配对。此外，许多药物和激素也是手性分子，它们的手性差异可以影响它们的生物活性和药效。

另外，手性分子还可以在生物化学反应中发挥关键作用。例如，在光合作用中，手性碳原子的存在可以帮助植物吸收和利用光能，并将二氧化碳转化为有机物。

因此，手性分子对生命的存在和发展至关重要。