论文部分内容阅读
【摘要】左右旋是自然界中一种非常常见的现象，本文从生物、物理和化学等三个方面对高中物理选修中涉及的《左右旋现象》进一步分析，有助于学生理解自然界的左右旋现象。
【关键词】自然界 左旋 右旋
【中图分类号】G633 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）01-0169-01
“金银花、鸡血藤、菟丝花等植物始终向右旋转生长，而向左旋转缠绕向上的植物主要有山药、扁豆、马兜铃、牵牛花等植物，其中何首乌却是有时左旋，有时右旋，呈‘随心所欲’生长”、“螺母、螺钉和螺栓一般都是右旋的”，这些内容是高中物理选修中《左右旋现象》阅读材料提到的生物和生活中的左右旋问题，这些知识引起了我的兴趣。在生活中，乒乓球的旋转就是很有学问的例子，由于空气是流体，乒乓球在受到拍的摩擦飞出后具有阻力和摩擦力的影响，使得球呈现出比较明显的弧线。如上旋球，乒乓球受到击打后向前旋转前进，由于球的前方和上方的空气密度要高，摩擦力大主要在球前的上方，而后下面摩擦力小，所以豎直方向合力向下。在生物中也是一样，不同的生物的茎旋转的方向有左右旋之分，而同种生物的茎像约定好的一样有着相同的缠绕方向。认识到其中涉及有关生物方面知识与应用，决定进行进一步的生物实地探寻。根据我现有的学科知识，我将从生物、物理和化学三个方面进行探究。
首先，从生物学科角度。地球的自转不断影响植物藤蔓的旋转方向，而我假设的依据是远在亿万年以前，地球上在南半球和北半球同时存在两种攀援生长的植物始祖。生物的光合作用是引发左右旋现象的主要因素，为了获得更多的阳光和空间，这些植物茎的顶端就紧紧随时朝向东升西落的太阳，北半球的植物选择右旋，而南半球的生物选择左旋，这样的逆光旋转无疑是藤蔓植物生物更好的选择，从而使自身生长发育得更好，在长期的进化过程中形成了自然界中北半球向右旋和南半球向左旋两种植物。这与冷凝管发挥冷凝的原理相似，为了更好地冷凝蒸发的气体而进行逆着通入冷凝水。而生物生活周期中对光照的一种趋向性，因此生物的向光性激素调节也在北半球的植物选择右旋和南半球的生物选择左旋中起到了一定的作用。
其次，从物理学科的角度。根据物理学的旋涡理论，地球上的物体都受到地转偏向力的作用。由于地转偏向力的作用，物体在地球表面垂直于地球纬线运动时，由于地球自转线速度随维度的变化而变化，物体由于惯性作用也相对地面保持原有速度运动方向的趋势。而在著名的赤道之国厄瓜多尔的赤道线上，用漏斗注水实验时，水流呈垂直下降而不形成漩涡。在北半球，流入速度方向偏右，所以流入的水流速度方向指向中心偏右位置，这就形成了逆时针的漩涡。同理在南半球形成顺时针漩涡。同样对于地球上的植物也受到地转偏向力的作用，在北半球的植物选择右旋，而南半球的生物选择左旋或许是一种“借力”的体现。
最后，从化学学科的角度。左旋体和右旋体是化学中对于物种空间结构的名词，而旋光异构现象就是手性。我们通常所说的左撇子现象，在科学上也属于“手性”。组成相同但空间结构上互为镜像（对映体）的分子称为手性分子。通过偏振光（尼克尔棱镜）振动平面旋转的物质，能够使偏振光振动平面左旋转的物质叫左旋体，而是偏振光振动平面向右等角度旋转的物质叫右旋体。左旋体和右旋体的空间结构用（S）和（R）表示，即与手性原子相连的取代基是按照原子序数减少的顺序排列的，若是以顺时针方向定位的为（R）型，而以反时针方向定位的则为（S）型。
虽然对于生物中存在普遍的左右旋现象，但对于许多手性分子的化学物质来说，分子与其对应的手型分子也绝不是单单只有物理性质的差异。只含有一对映体的药物称为手性药物。手性药物的开发逐渐成为了医药发展的重点方向。由于地球上生物是由左旋氨基酸组成的生命体，它不能很好地代谢右旋分子，所以食用含有右旋分子的药物就会成为负担，甚至造成对生命体的损害。在手性药物未被人们认识以前，欧洲一些医生曾给孕妇服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药，很多孕妇服用后，生出了无头或缺腿的先天畸形儿，有的胎儿没有胳膊，手长在肩膀上，模样非常恐怖。仅仅4年时间，世界范围内诞生了1.2万多名畸形的“海豹婴儿”。这就是被称为“反应停”的惨剧。后来经过研究发现，反应停的R-体有镇静作用，但是S-对映体对胚胎有很强的致畸作用。所以左右旋的形成与生物体本身的氨基酸代谢和DNA作用方式也有一定的关系，而由于所学知识有限，这里不做过深说明。
在自然中发现天体宇宙运行的过程大部分是左旋的，即逆时针运动。小到人体细胞内核的运动规律大到宇宙的星云运动方向都是左旋的，一旦出现右旋，就标志着生命开始衰退。因此，根据自然界左旋运动规律来进行探索研究和确定产品为特征，从而产生左旋科学的一门新兴学问。本文主要从生物、物理和化学等三个方面试图解释了高中物理选修中涉及的《左右旋现象》，希望有助于学生理解自然界的左右旋现象。
作者简介：
王家栋（2000.2—），男，汉族，河南省濮阳市南乐县，高中生。
【关键词】自然界 左旋 右旋
【中图分类号】G633 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）01-0169-01
“金银花、鸡血藤、菟丝花等植物始终向右旋转生长，而向左旋转缠绕向上的植物主要有山药、扁豆、马兜铃、牵牛花等植物，其中何首乌却是有时左旋，有时右旋，呈‘随心所欲’生长”、“螺母、螺钉和螺栓一般都是右旋的”，这些内容是高中物理选修中《左右旋现象》阅读材料提到的生物和生活中的左右旋问题，这些知识引起了我的兴趣。在生活中，乒乓球的旋转就是很有学问的例子，由于空气是流体，乒乓球在受到拍的摩擦飞出后具有阻力和摩擦力的影响，使得球呈现出比较明显的弧线。如上旋球，乒乓球受到击打后向前旋转前进，由于球的前方和上方的空气密度要高，摩擦力大主要在球前的上方，而后下面摩擦力小，所以豎直方向合力向下。在生物中也是一样，不同的生物的茎旋转的方向有左右旋之分，而同种生物的茎像约定好的一样有着相同的缠绕方向。认识到其中涉及有关生物方面知识与应用，决定进行进一步的生物实地探寻。根据我现有的学科知识，我将从生物、物理和化学三个方面进行探究。
首先，从生物学科角度。地球的自转不断影响植物藤蔓的旋转方向，而我假设的依据是远在亿万年以前，地球上在南半球和北半球同时存在两种攀援生长的植物始祖。生物的光合作用是引发左右旋现象的主要因素，为了获得更多的阳光和空间，这些植物茎的顶端就紧紧随时朝向东升西落的太阳，北半球的植物选择右旋，而南半球的生物选择左旋，这样的逆光旋转无疑是藤蔓植物生物更好的选择，从而使自身生长发育得更好，在长期的进化过程中形成了自然界中北半球向右旋和南半球向左旋两种植物。这与冷凝管发挥冷凝的原理相似，为了更好地冷凝蒸发的气体而进行逆着通入冷凝水。而生物生活周期中对光照的一种趋向性，因此生物的向光性激素调节也在北半球的植物选择右旋和南半球的生物选择左旋中起到了一定的作用。
其次，从物理学科的角度。根据物理学的旋涡理论，地球上的物体都受到地转偏向力的作用。由于地转偏向力的作用，物体在地球表面垂直于地球纬线运动时，由于地球自转线速度随维度的变化而变化，物体由于惯性作用也相对地面保持原有速度运动方向的趋势。而在著名的赤道之国厄瓜多尔的赤道线上，用漏斗注水实验时，水流呈垂直下降而不形成漩涡。在北半球，流入速度方向偏右，所以流入的水流速度方向指向中心偏右位置，这就形成了逆时针的漩涡。同理在南半球形成顺时针漩涡。同样对于地球上的植物也受到地转偏向力的作用，在北半球的植物选择右旋，而南半球的生物选择左旋或许是一种“借力”的体现。
最后，从化学学科的角度。左旋体和右旋体是化学中对于物种空间结构的名词，而旋光异构现象就是手性。我们通常所说的左撇子现象，在科学上也属于“手性”。组成相同但空间结构上互为镜像（对映体）的分子称为手性分子。通过偏振光（尼克尔棱镜）振动平面旋转的物质，能够使偏振光振动平面左旋转的物质叫左旋体，而是偏振光振动平面向右等角度旋转的物质叫右旋体。左旋体和右旋体的空间结构用（S）和（R）表示，即与手性原子相连的取代基是按照原子序数减少的顺序排列的，若是以顺时针方向定位的为（R）型，而以反时针方向定位的则为（S）型。
虽然对于生物中存在普遍的左右旋现象，但对于许多手性分子的化学物质来说，分子与其对应的手型分子也绝不是单单只有物理性质的差异。只含有一对映体的药物称为手性药物。手性药物的开发逐渐成为了医药发展的重点方向。由于地球上生物是由左旋氨基酸组成的生命体，它不能很好地代谢右旋分子，所以食用含有右旋分子的药物就会成为负担，甚至造成对生命体的损害。在手性药物未被人们认识以前，欧洲一些医生曾给孕妇服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药，很多孕妇服用后，生出了无头或缺腿的先天畸形儿，有的胎儿没有胳膊，手长在肩膀上，模样非常恐怖。仅仅4年时间，世界范围内诞生了1.2万多名畸形的“海豹婴儿”。这就是被称为“反应停”的惨剧。后来经过研究发现，反应停的R-体有镇静作用，但是S-对映体对胚胎有很强的致畸作用。所以左右旋的形成与生物体本身的氨基酸代谢和DNA作用方式也有一定的关系，而由于所学知识有限，这里不做过深说明。
在自然中发现天体宇宙运行的过程大部分是左旋的，即逆时针运动。小到人体细胞内核的运动规律大到宇宙的星云运动方向都是左旋的，一旦出现右旋，就标志着生命开始衰退。因此，根据自然界左旋运动规律来进行探索研究和确定产品为特征，从而产生左旋科学的一门新兴学问。本文主要从生物、物理和化学等三个方面试图解释了高中物理选修中涉及的《左右旋现象》，希望有助于学生理解自然界的左右旋现象。
作者简介：
王家栋（2000.2—），男，汉族，河南省濮阳市南乐县，高中生。