为什么DNA几乎总是右旋螺旋？探索手性的原因

为什么大多数人的心脏都在身体的左侧？为什么DNA几乎总是右旋螺旋？α螺旋也是如此，它是蛋白质的组成部分。手性，或称利手性，在生物学中无处不在，但其原因可能是个谜

Greg Huber是旧金山Chan Zuckerberg生物中心的生物物理学家和研究员，他花了三年时间探索这些问题，并使用了一种简单的不对称形状，这种形状生活在三角形晶格上，很少受到学术界的关注；狮身人面像瓷砖。他和他的合作者；Craig Knecht、Walter Trump和Robert Ziff；发现了与其手性有关的出乎意料的性质

他们的研究“鞘氨醇的熵和手性”最近发表在《物理评论研究》上

狮身人面像由六个等边三角形（一个正三角形）组成，具有固有的利手性，可以是左旋方向，也可以是右旋方向。它是唯一一个已知的不对称的hexamond，可以平铺它自己的每一个顺序，这意味着所有按因子n缩放的狮身人面像都可以平铺n&bull；n个较小单位的狮身人面像

换句话说，一个2级狮身人面像可以由4个狮身人身像瓷砖制成，一个3级狮身像可以由9个制成，以此类推。从单个狮身人面的单元开始，可能的瓷砖排列或布局数量很少：1、1、4、16、&hellip；，但不会持续太久

一个5级狮身人面像由25块较小的狮身人身面像瓷砖组成，有153种可能的瓷砖排列。来源：物理评论研究（2024）。DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.013227一种具有低手性能量（左，左手斯芬克斯为蓝色，右手斯芬克斯呈红色）和高手性能量（右）的23阶斯芬克斯。来源：物理评论研究（2024）。DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.013227＜p＞随着平铺中狮身人面像数量的增加，可能布局的数量呈超指数增长。例如，5阶狮身人面像有153个可能的tilings（如下所示），6阶有近72000个tilings，13阶有1030个tilings。

瓦片的不对称性为探索手性提供了丰富的途径。以并排放置两块瓷砖为例。两块狮身人面像瓷砖形成二元体有46种（或47种，取决于你的计数方式）不同的方式。（相比之下，两个单位正方形形成二元体只有一种方法。）

它们可以以低手性能量的方式拼接，这意味着大多数相邻的狮身人面像都在同一方向或具有高手性能量。

旧金山生物中心理论小组组长Huber强调，这项努力不仅仅是一项抽象的练习。他指出，几何和手性都与生物学有着重要但经常被忽视的联系。例如，病毒衣壳具有基于相同晶格的几何对称性（“准等效原理”）

Huber说：“宇宙不应该偏向一手而非另一手，但在一个又一个尺度上，手性偏好会出现。”。“手性可能非常神秘，斯芬克斯瓷砖令人惊讶的手性相互作用是这项工作的动机。”