小中大【手性科普】彩票摇奖机的彩球又往那个方向螺旋？
为了吸引眼球，不是故意但有心地做一回标题党！^_^
PS: 刘华杰博士，北京大学哲学系，北京大学科学传播中心教授，博士生导师
刘老师博客 cuturl('http://blog.sina.com.cn/flora')
彩票摇奖机的彩球又往那个方向螺旋？
导言：
厨房水池的排水总是往那个方向螺旋？
彩票摇奖机的彩球又往那个方向螺旋？
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日常生活中这些看似简单的现象，透射出宇宙万物的哲学现象，科学需要冷静的思考与观察，哲学家刘华杰的研究也许能给人们很多启发——
紫藤的缠绕茎与手性
刘华杰
在生机勃勃、绿意盎然的植物世界中，有很多藤本的攀缘植物。它们或者相互缠绕，或者借助其他的支撑，螺旋而上，在炎炎盛夏为人们带来满眼翠绿和处处荫凉，在凉爽金秋为人们带来累累收获。如果仔细观察这些植物，就会发现它们的茎蔓螺旋往往是朝向特定方向的。这种现象蕴涵着自然界的一个基本属性——手性。
手性
手性（chirality）一词源于希腊词“手”(cheir)，指左手与右手的差异特征。手性及手性物质只有两类：左手性和右手性。有时为了对比，另外加上一种无手性（no chirality）作参照，可称它为“中性手性”。左手性用l表示，右手性用d表示，中性手性用m表示。左手（性）与右手（性）单靠平移和旋转不可能使两者全完重合，必须做镜像操作才能重合，所以手性对称性也叫镜像对称性。
关于螺旋的手性，现在通常的定义是：伸出一只手，让大拇指指向螺旋的轴向，另外四个手指握拳，于是由手掌到四个指尖有一“前进”方向；如果螺旋正好与伸出的左手相符，则此螺旋为左手性（垂直轴向观看，螺旋是顺时针的）的，反之为右手性的（垂直轴向观看，螺旋是反时针的）。在气象学中，定义也是一样的。在北半球，低压区能够形成左手性的气旋，高压区能形成右手性的气旋。南半球情况正好相反。
手性所能描述的事物极其多样，大至星系旋臂、行星自转、大气气旋，小到矿物晶体、生物大分子和有机小分子、安培电流、弱相互作用的宇称不守恒等等。在植物学中，手性也是一个重要的形态特征。如枫叶、兜兰等植物的形态，以及攀缘和缠绕植物的茎蔓旋向，都呈左右对称，都涉及到手性。当然，绝对的对称、完全能够重合的两片枫叶并不存在于自然界，绝对的对称只能在数学中找到。
从天文学到地球科学，从化学到生物学，几乎处处都有手性显身影。2001年诺贝尔化学奖就授予分子手性催化的主要贡献者，1968年诺尔斯（w.s.knowles）用过渡金属元素制造出含手性配体的络合物，以它为催化剂，生产出有手性的产物。后来日本名古屋大学的野依良治开发出更有效的催化剂。1980美国的夏普莱斯（b.sharpless）发现了氧化反应的手性催化剂，极大推动了手性药物的化学合成。到2000年，全球的手性药物销售额已达千亿美元，占药物总销售额的三分之一。1998年全球畅销的500种药物中，单一对映体销售的手性药物占一半以上。2002年6月13日英国《自然》发表加拿大科学家杰森（l.jesson）和巴雷特（s.barrett）研究某植物花柱手性的论文，指出两个等位基因中的一个控制花柱的左右，其中向右是显性的。有人评价这一工作具有重要意义。
具手性的植物
达尔文、华莱士等大博物学家、生物学家，都十分重视植物的手性，但研究并不深入。达尔文还写过《攀缘植物的运动和习性》，书中列出一张表，描述了42种攀缘植物，其中只有11种具有左手性。这比例与我们日常的观察差不多。无手性的藤本植物有凌霄、扁担藤、三叶地锦、长春花等。多数藤本植物茎蔓的螺旋是右手性的，如牵牛、杠柳、扁豆、大苍角殿（bowiea volubilis，也叫博威花）、菟丝子、木耳菜、蝙蝠葛、萝藦、北马兜铃、刺苞南蛇藤、猕猴桃、金鱼花（mina lobata）等。左手性的则是少数，达尔文当年列出的11种左手性植物为：
薯蓣属tamus communis（dioscoreaceae）；
南五味子科sphaerostemma marmoratum（shizandraceae）；
蓼科蓼属(polygonum dumetorum)；
白丹花科白丹花属(plumbago rosea)；
马鞭草科大青属(clerodendron thomsonae)；
鸭嘴花属的adhadota cydonaefolia；
茜草科的loasa aurantiaca；
茜草科的scyphanthus elegans；
金鸡纳属siphomeris 或 lecontea；
马内蒂属的manettia bicolor；
忍冬属的lonicera brachypoda(caprifoliaceae)。
《生命的曲线》（the curves of life）一书作者库克（t. a. cook），当年曾为英国皇家植物园丘园鉴定标本。在收集到的24种攀缘植物中，他发现只有6种表现左手性：
蓼属的polygonum baldschuanicum (乌兹别克的布哈拉)；
木兰科南五味子属的kadsura chinensis (中国)；
桑科葎草属的humulus lupulus，即啤酒花；
忍冬属的honeysckle；
乱子草属的muhlenbeckia chilensis (智利)；
喇叭其藤（lapageria rosea）（智利）。
在中国，笔者本人观察到的具有左手性的植物也有一些，如：
木兰科的五味子schisandra chinensis，见于吉林；
桑科的啤酒花humulus lupulus，见于保定；
桑科的葎草humulus scandens ，见于华北、东北；
忍冬科的金银花lonicera japonica，见于北京、东北；
薯蓣科穿龙薯蓣dioscorea nipponica，见于东北；
蓼科的何首乌polygonum multiflorum，见于北京中国医学科学院药用植物园；
还有下文将提到的一种紫藤。在北京、昆明和西双版纳，笔者还见过几种不知道名字的草本和木本左手性植物。笔者从小就注意观察植物的手性，总结起来看，左手性的植物确实较少。
手性与种属划分
有一段时间，笔者一直坚信一种植物（指生物学上的“种”）只能有一种手性，或者左手性或者右手性（当然还有没有手性的）。除开唇形科植物和兜兰等同一植物左右对称的情况不算，不大可能一个物种的攀缘或者缠绕茎蔓生长在一种环境中为左手性，在另外一种环境中却为右手性。根据是，植物表观的手性特征是整体特性，它必然由植物体内部微观结构和性质所控制，特别是有可能是基因控制的。对于一种特定的物种，植物内部的组织结构是差不多的，不可能导致完全不同的宏观外表结构上的差异。当然这只是一种猜测，可能对，也可能被证伪。笔者也曾问过几位从事生物学工作的朋友，他们也确认手性是区分物种的重要标志，一个物种一般不可能具有两种互成镜像的手性。
达尔文曾记录过一种频繁双向旋转的植物有齿钮扣花（hibbertia dentata），同一种植物时而具有左手性时而具有右手性。不过，这能否算得上一种特殊类型，还不能确定，因为有些没有手性的攀缘植物随机地往上爬，时左时右，与达尔文说的情况很难区分。
《长白山植物药志》中画有一幅菟丝子（cuscuta japonica）的图，既有左手性又有右手性。笔者怀疑画得不对，经多次野外核对，见到的菟丝子只有右手性，没有发现左手性。可以初步断定画错了。还有某儿童百科全书，画了作为蔬菜的芸豆攀缘茎，画得也很随意，有两种手性，也可以判定画错了。另外还见到中国科学院植物园冀朝祯绘制的长瓣兜兰（paphiopedilum dianthum tang et wang），两侧瓣的卷曲方向似乎也是随意画上的：有一枝全画成了左手性，另一枝全画成了右手性，这就违背了兜兰每朵花自身的左右对称性。
这说明即使在植物学界，手性在描述植物外在特征时，也没有得到应有的重视。翻翻各种植物教材和植物手册，很少有在讲植物的茎蔓时或者描述某种植物时，专门指出它的手性特征，一般只说“藤本缠绕”，实际上缺少了一项重要的信息。周云龙主编的《植物生物学》（1999年版）一书，只在“茎的生长习性与分枝”中提到茎的几种形式，也没讲手性缠绕问题。《中国植物志》是个例外。
笔者早就注意到中国极常见的豆科植物紫藤的茎蔓是右手性的。西安、保定、北京大学校内、中山公园内及北京西三旗育新花园内的紫藤，无一例外都是右手性的，从粗壮的根部粗藤到细小的新枝都呈右手螺旋生长。这种叫（中国）紫藤（w. sinensis）。
但在一次不经意间，笔者见到一株紫藤的小细枝竟然以左手螺旋缠绕在一起，而且全株紫藤各个部分无一例外都是左手性的。不远处另一棵紫藤也是如此。这是笔者第一次见到紫藤可以具有左手性。后来在香山中科院植物园（南园）中又发现两棵左手性的紫藤，此园中其他紫藤仍然是右手性的。这种左手性的紫藤叫多花紫藤（wisteria floribunda），原产于日本。它的外形特点是：奇数羽状复叶，小叶13~19片（6~9对）。在中国科学院药用植物园中，也发现许多左手性的紫藤。这似乎意味着笔者以前的猜测被证伪了。笔者猜想，紫藤属（wisteria nutt.）可能要分出不同的种或者亚种。
