一种叫做“狮身人面像”的形状可以解释生物学中的惯用手

从DNA链的螺旋到蛋白质的排列积木，生物化学的曲折和漩涡往往遵循左撇子和右撇子KN的惊人一致的方向拥有 as手性.

最近一项涉及基于三角形的简单形状的镶嵌的研究可能有助于我们更好地理解为什么生物学偏爱一种方向而不是另一种方向。

这项调查由来自美国和德国的一小群研究人员进行，展示了几何学和基础物理学的结合如何成为生活中一些最有趣的模式的背后。

“宇宙不应该偏爱一只手而不是另一只手，但在尺度上，手性偏好出现了，”Chan Zuckerberg Biohub生物物理学家Greg Huber说.“手性可能非常神秘。”

就像我们的两只手举起手掌一样，手性分子的镜像版本无论如何旋转都无法完美地相互对齐。因此，虽然左手和右手分子看起来几乎相同，但它们对现实世界的影响却截然不同。使用药物中分子的翻转版本，例如，可能弊大于利。

不仅仅是有机分子可以有取向。矿物质在生物系统中构建时可以是手性的。蜗牛的螺旋形碳酸钙壳和骨骼中的矿物质仅举两个例子。

但是这些矿物是如何逐个原子形成的形成结晶手性形状只是对手性的另一种好奇心。

为了更好地理解手性的出现，特别是在生物系统的拥挤空间中，Huber及其同事转向了从一系列三角形衍生的最基本的二维手性形状：一种绰号为狮身人面像的不对称形状。

Huber和团队使用计算机模型来测试狮身人面像瓷砖排列的左手和右手，将它们镶嵌成不同的数量和方向。作为研究人员在他们的论文中解释，他们希望“探索受有限空间边界限制的密集手性瓷砖集合的统计机制，并揭示其固有的手性性质。

由于不对称，狮身人面像瓷砖可以以许多不同的方式组合在一起，而像正方形这样简单的东西。例如，只有两个狮身人面像瓷砖可以以超过 45 种不同的方式组合成一对，而两个方块只能以一种方式组合在一起。

随着模式中狮身人面像数量的增加，它们以超指数方式组合，使研究人员能够使用一个大型的、理论上随机的系统。

Huber及其同事模拟了手性狮身人面像在高能量和低能量条件下的相互作用，类似于温度。在高温系统中，手性狮身人面像几乎没有机会相互作用，因为它们挤到位并最终形成一个混乱的图案。

随着温度的降低，相互作用变得更加有序，具有相同手性的狮身人面像聚集在一起形成簇，如上图所示。

然而，令人惊讶的是，在受对称外部边界约束的高温系统中——就像在一个拥挤的房间里——具有相同手性的狮身人面像也倾向于聚集在一起，如下图所示。

即使在这样一个基本的、精简的手性模型中，建模也表明模式可以从混沌中产生，并且相似的分子似乎倾向于相似的分子。

发现这些几何图案背后的任何规则可以帮助许多科学领域的研究人员理解病毒外衣的结构或如何磁力可能已经引发了最终使生命具有分子不对称性的连锁反应。

这项研究发表在物理回顾研究.

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