探索氨基酸的宇宙起源
探索氨基酸的宇宙起源Gaviota
原理 2023-01-19 04:30
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蛋白质是生命不可或缺的分子，它们驱动着生命的化学齿轮，动物的基本身体功能都离不开这些分子。而构成数以百万计蛋白质的基本构件正是氨基酸。由于氨基酸与生物的这种关系，科学家一直渴望能了解这些分子的起源。
一种观点认为，氨基酸很有可能是在大约40亿年前，由小行星或彗星的碎片运送到这里的，正是这些古老的碳质球粒陨石，帮助催生了地球上的生命。大多数陨石是很久以前在小行星带（位于火星和木星之间）破裂的小行星的碎片。这些碎片在与地球相撞之前，一直围绕着太阳运行，有时可能运行了长达数百万年的时间。
碳质球粒陨石含有多种不同的分子和有机物质，除了氨基酸，还有另一类生命关键的化学物质胺，它们都是创造蛋白质和肌肉组织所必需的。
如果真的是这样，氨基酸是在小行星或彗星内部产生的吗？又或者，生命的原始成分其实完整地来自星际分子云，也就是形成我们太阳系和其他无数行星系的冰、气体和尘埃的地方？
https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_png/tqOuxs8dsHPcxOzwumalfFSCLUA4Iick8xv9lqyaLE45ZN6Y3GMWZyDhMpb1ldsmRQ2ANFHIE0kvVwcYKX5qCeQ/640?wx_fmt=png韦布空间望远镜拍摄的鹰状星云中心的创生之柱，其中隐藏着大量新生的恒星。（图／NASA, ESA, CSA, STScI, Joseph DePasquale, Alyssa Pagan, Anton M. Koekemoer）
在这项新研究中，科学家们试图回答的问题便是，氨基酸首先是如何进入碳质球粒陨石的。因为这个问题背后暗含的意思是，如果氨基酸形成于我们的太阳系，生命有可能就是这里独有的；但如果它们来自星际云，那么这些生命的前体其实也可能传播到其他恒星系统中。
科学家试图通过在实验室中模拟一个微型的宇宙演化过程，来探索氨基酸和胺可能是如何形成的。新研究认为，星际云件可能对太阳系中生命的关键基本构件的存在起到了重要作用。研究已于近日发表在《ACS地球空间化学》上。
模拟演化
由于大多数陨石来自小行星，不少实验试图在实验室环境中模拟小行星的条件，通过一种被称为水蚀变的过程来重现氨基酸。然而，这种方法无法100%成功。
不过，科学家可以再往前追溯：小行星的构成起源于母体星际分子云，其中富含有机物。虽然星际云中没有氨基酸的直接证据，但有胺的证据。因此还存在另一种可能，即是星际分子云提供了小行星中的氨基酸，最终由小行星将它们传给了陨石。
为了确定氨基酸在多大程度上是在小行星条件下形成的，以及在多大程度上是从星际分子云中继承的，研究人员先模拟了胺和氨基酸在星际分子云中的形成。
研究团队将一些常出现在星际云中的分子，比如水、甲醇、二氧化碳和氨，制成冰。然后，他们利用一台范德格拉夫粒子加速器，用高能质子轰击这些冰，以此来模拟这些冰在星际云中所经历的宇宙辐射。辐射过程会将这些简单的分子打碎，然后重新组合成更复杂的胺和氨基酸，比如乙胺和甘氨酸。氨基酸就会被留在黏稠的有机残留物中。可能就是这些残留物被转移到了最终创造出太阳系的原行星盘中。
https://mmbiz.qpic.cn/sz_mmbiz_jpg/tqOuxs8dsHPcxOzwumalfFSCLUA4Iick8QE7XxeNGdMf3UdA2gvup1FVDjicTgkIPzULBADtwJ3yAOVtlb45kUWw/640?wx_fmt=jpeg照片显示了团队使用范德格拉夫粒子加速器对模拟的星际冰进行辐照后，留下的一个小瓶残留物。（图／NASA Goddard, SwRI, Jason Dworkin）
接下来是小行星模拟，他们通过水蚀变，将残留物加热到不同温度，并持续各种不同的时间，重现小行星的内部条件，再次对这种残留物进行处理，寻找胺和氨基酸的迹象，并分析这种高温的含水条件对分子可能的影响。
他们发现，无论小行星条件如何，在实验室的冰中产生的胺和氨基酸的类型，以及它们的比例几乎都保持不变。这意味着，胺和氨基酸从星际云迁移到小行星时有能力保持不变。
但是，具体到每种分子，它们对类似小行星条件也有着不同的反应，具体取决于实验施加多少热量，以及持续多久。例如，在模拟小行星7天后，甘氨酸的水平会增加一倍，而乙胺的水平则几乎没有变化。也就是说，小行星的条件可能影响着在陨石中发现的氨基酸的分布。
问题犹存
但仍有一些问题有待解决。比如，团队注意到，即使模拟了分子云和小行星的条件后，他们制造出的氨基酸和胺，仍然和陨石中真正发现的那些并不完全一致。
发生这种情况的原因可能多种多样，比如可能与污染有关。因为陨石在来到地球的过程中会穿过大气，被人们挖出之前通常也会在地表停留一段时间，不能排除它们的化学构成可能发生变化。
团队期待着对来自OSIRIS-REx等任务从小行星上直接获得的样本进行研究，以便能更好地了解星际云在生命基本构件中所发挥的作用。同时，在韦布等新一代空间望远镜获得有关星际分子云的更详细信息之后，科学家也将继续改进他们的实验。
总的来说，他们认为，研究带来的重要启示是，生命的基本构件不仅与小行星的过程有密切联系，还与母体星际云的过程同样有着密不可分的关系。我们必须同时考虑星际云的条件和小行星的加工，才能最好地解释这些分子的分布。#创作团队：
撰文：Gaviota排版：雯雯
#参考来源：
https://www.swri.org/press-release/examines-origins-building-blocks-of-lifehttps://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/nasa-scientists-study-life-origins-by-simulating-a-mini-cosmic-evolution#图片来源：
封面图：NASA Goddard, SwRI, Jason Dworkin首图：NASA, ESA, CSA, STScI, Joseph DePasquale, Alyssa Pagan, Anton M. Koekemoer
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