生命偏愛單手性

許多化學分子是具有手性的，它們能以“左手性”和“右手性”兩種互為鏡像的形式存在。但地球生命卻對分子手性有著強烈的偏好，這種現象被稱為同手性。例如，蛋白質和肽幾乎全部由左手性的氨基酸構成；而核酸（RNA和DNA）中的核糖則是右手性的。

除了極少數例外，復雜分子的手性一旦被翻轉，它們通常就會與地球生命系統“脫節”，無法繼續發揮原有功能。正因為如此，長期以來，科學界普遍認為，鏡像蛋白質無法執行其正常的生物學功能。

然而，在一項新的研究中，一個研究團隊發現一種古老的蛋白質具有一種罕見的特性——“雙手性”（ambidextrous），即使在鏡像形式下，仍能發揮其生物功能。這一發現為蛋白質的進化提供了新線索，也引發了對地球生命起源的新思考。

對稱的結構

分子生物學家Liam Longo在分析一種常見于DNA修復酶、能識別核酸的蛋白質片段（肽）時，注意到一個圍繞著一條中心軸呈對稱的結構。這種結構被稱為“螺旋-發夾-螺旋（HhH）模體”。在許多能夠與DNA和RNA相結合的蛋白質中，都能找到這種結構的身影。

當Longo盯著電腦屏幕上的HhH模體時，他突然產生了一個大膽的想法：這個對稱的結構或許既能與右手性DNA結合，也能與左手性DNA結合！

為了驗證這一設想，Longo與其同事合成了包含HhH模體的鏡像肽（右手性版本），并在實驗室中測試了它是否會與雙鏈DNA結合。結果顯示，結合確實發生了！這些鏡像的右手性肽與DNA的結合能力，幾乎與它們的左手性“孿生體”一樣強。而且反過來，正常的左手性肽，也能夠與鏡像DNA（左手性DNA）結合。

具有“雙手性”的HhH模體。（圖/Longo, L. M. et al./ Angewandte Chemie International Edition）

受到這些結果的鼓舞，Longo聯系了計算化學家Levy，希望他利用分子模擬技術，來更細致地描繪這種結合到底是如何發生的。他們驚訝地發現：雖然天然的左手性肽和鏡像的右手性肽在與DNA結合的方式上存在一些差異，但它們在結合過程中使用的都是相似的蛋白區域。換句話說，在分子層面，這兩種結合模式是存在內在關聯的。

鏡像生命的線索？

這項研究是首個明確表明蛋白質可以具備“雙手性”并與核酸結合的實例。但它引發的問題比解答的還要多。最根本的問題是：為何這種結構具備這種罕見的功能？

對此，研究人員尚且沒有答案。但他們提出了一個可能的解釋：這種模體可能在進化過程中為了能夠適應多種DNA結構，而發展出了較強的靈活性，而“雙手性”正是這種靈活性的結果。

但也有更大膽的設想正在萌生：這種模體可能是在一種“鏡像生命”系統中進化出來的——這種生命形式包含左手性的核酸和右手性的蛋白質，與我們今天所知的生命正好相反。如果真的是這樣，那這將徹底改寫我們對地球早期生態系統的理解。

當然，研究人員謹慎地指出：要得出如此大膽的進化結論仍為時尚早。目前尚缺乏直接證據來支持這一假說。但這并非一個異想天開的假設——如果未來發現更多具有雙手性的、能與DNA和RNA結合的古老蛋白，那么這一假設就能獲得進一步支持。

展望未來，研究團隊表示，他們將繼續尋找其他具備“雙手性”的蛋白質。此外，他們還認為，像HhH模體這樣的雙手性分子特征，或許有朝一日能成為連接天然生命與鏡像生命的“分子橋梁”。如同研究人員所說的：“或許，我們正在與鏡像生命迎頭相撞。”

#參考來源：

https://www.nature.com/articles/d41586-025-01674-z

https://www.elsi.jp/en/news_events/highlights/2025/molecular_retelling/

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202505188

#圖片來源：

封面圖&首圖：CDD20 / Pixabay