左右对称与左右不对称，有多神奇？( 四 ) _小知识

左右轴的极化给身体的结构增加了更多的信息，也给发育出了新的难题。上文中我们谈到了腹背轴的极化，而左右轴的极化似乎具有更高的“技术含量” ，因为在腹背轴产生之前，胚胎是柱形对称的。如同一个只有口端－反口端轴的啤酒瓶，如果我们要在它的侧面贴一个标签并把这一面叫做背面，那么这个标签贴在侧面的任何一个方向都是一样的，也就是说具有随机性。可是左右轴的极化却不能是随机的，它的方向必须是固定的，比如心脏总是在左边，肝脏总是在右边。这些性状都是基因决定的。一些相关基因的突变会引起内脏器官分布的异常。据统计，每8000个存活的新生儿中就有一个患有内脏左右分布异常。这些发育异常大多伴有严重的生理缺陷，其中只有所有的内脏都长成镜像的一般才没有缺陷。这种完全镜像的个体大约20000个存活的新生儿中才有一个。人们估计实际上的比例或许还会高一些，因为这样的个体没有显着的缺陷，容易被忽视。
胚胎的左右不对称发育向来是一个引人入胜的谜题。如今，科学家们发现的与左右不对称发育相关的基因已经有几十个。其中， Nodal可能是近年来最抢眼的一个。 Nodal属于转化生长因子-β（TGF- β）家族，它对于左右不对称发育的作用已经在小鼠、鸡和爪蟾等脊椎动物中得到验证。在这些动物的胚胎中Nodal蛋白特异地在左侧表达并发挥作用，而敲除Nodal基因则会引起左右不对称发育的紊乱。此外，研究者们还发现了Nodal同源蛋白在原始的脊索动物海鞘以及棘皮动物海胆中的作用。有趣的是，海胆胚胎中Nodal在右侧起作用。由于棘皮动物和脊索动物同属于后口动物，人们自然会想知道原口动物中是否也有Nodal的同源基因。今年年初《自然》杂志上的一篇研究论文报道了Nodal同源蛋白在蜗牛左右不对称发育中的作用。加州大学伯克利一家实验室的科学家们选取了一种右旋的蜗牛和一种左旋的蜗牛进行研究，他们发现在右旋蜗牛胚胎中Nodal特异地在右侧表达，在左旋蜗牛胚胎中Nodal则左侧表达。这项有趣的研究把Nodal的历史至少推到了后口动物和原口动物分道扬镳之前。
然而，人们对发育中左右轴极化的研究还只是非常初步的。现在我们所知道的基因在胚胎左右两侧表达的差别必然是更早的差别引起的。这就像是一片片多米诺骨牌，每一片骨牌的运动都是由于前一片骨牌的碰撞。而第一片骨牌在哪里，人们还不得而知。从上文中的讨论我们知道，第一片骨牌不能是随机倒下的，否则就会有大约一半人的心脏长在右边。那么，我们的胚胎又是如何判断出哪边是左哪边是右的呢？要知道，左和右其实只是人们的约定俗成而已，它们之间几乎没有物理上的差别。虽然物理学中有宇称不守恒定律，但似乎并没有证据表明弱相互作用在生命活动中的贡献。或许，这个难题对于上帝的信徒来说是一个好消息，他们可以说这第一片骨牌是上帝之手推倒的，只有他老人家才有这个本事。不过，我们知道自然界中一切现象的原因都只能从自然界中寻找。
尽管，绝大多数物理定律经过镜像变换后仍然是成立的，但不对称的现象在生化反应中却是非常普遍的。如果物质的分子像我们的手那样不能和自己的镜像重合，我们就把它称为手性分子。手性分子都有两种镜像异构体，就像左手和右手的关系，而生化反应通常只“认识”其中的一种。比如供给我们能量的葡萄糖都是右手型（D-型）的，而合成蛋白质用的氨基酸（除了没有手性的甘氨酸）都是左手型（L-型）的。这似乎给生物体提供了一个区分左右的途径。当然，这并不是说生化反应不符合物理规律，原则上我们确实可以把生物体内的手性分子都同时翻一个个儿，而生命活动照样可以继续下去（目前的技术还无法做到）。然而，生物体并没有必要去关心物理规律的对称性，它们只要能在自己的体内区分左右就够了。这就好比假如你生活在中国或美国，你完全可以教自己的宝宝：“汽车有方向盘的一边就是左边” ，虽然这种做法实际上不太“科学” ，因为还有些国家汽车的方向盘是长在右边的。

左右对称与左右不对称，有多神奇？( 四 )

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