小行星貝努揭示了生命化學的新途徑

賓州州立大學科學家的新研究表明，貝努的至少一些氨基酸可能起源於太陽系早期階段的極冷輻射條件。結果於2月9日發表在 美國國家科學院院刊。

研究小組表示，貝努樣本中的化學特徵表明，這些氨基酸可能是透過與科學家傳統假設不同的過程形成的，並且是在比預期更加惡劣的條件下形成的。

賓州州立大學地球科學助理研究教授、論文的共同主要作者艾莉森·帕欽斯基（Allison Paczynski）說：「我們的結果顛覆了我們通常認為的小行星中氨基酸形成的方式。」「現在看來，這些生命必需元素可以在很多條件下形成，而不僅僅是在有溫暖液態水的地方。我們的分析表明，這些氨基酸形成的途徑和條件有更大的多樣性。

同位素分析揭示了甘胺酸的起源

研究人員使用了少量的豆子，大約一茶匙大小。他們使用專門改裝的儀器測量了同位素，即原子質量的細微差別。這些細微的差異可以揭示分子的形成方式和位置。

團隊專注於甘氨酸，這是最簡單的氨基酸。甘氨酸是一種小碳分子，在生物學中扮演重要角色。胺基酸以鏈連接形成蛋白質，蛋白質執行生物體中幾乎所有的基本功能，從建構細胞到驅動化學反應。

由於甘氨酸可以在多種化學條件下形成，因此科學家經常將其用作早期生命起源化學的標記。它們在小行星和彗星中的存在支持了這樣一種觀點，即一些生命的原材料是在太空中產生的，然後被運送到地球。

挑戰溫水理論

多年來，甘胺酸如何形成的主要解釋是稱為 Strecker 合成的過程。在此反應中，氰化氫、氨和醛或酮在液態水中化合。此模型顯示氨基酸是在相對溫和、富含水分的環境中形成的。

然而，來自貝努的同位素證據卻指向了不同的方向。數據表明，甘氨酸可能不是在溫暖的液態水中形成的，而是在年輕太陽系外部區域的冷凍、暴露於輻射的冰中形成的。

「在賓州州立大學，我們改進了儀器，使我們能夠對甘胺酸等極少量的有機化合物進行同位素測量，」帕辛斯基說。 “如果沒有技術的進步和對專業儀器的投資，我們永遠不會做出這一發現。”

貝努隕石和默奇森隕石的比較

長期以來，科學家一直在研究富含碳的隕石中的氨基酸，包括 1969 年在澳洲墜落的著名的默奇森隕石。為了更好地了解貝努的化學成分，賓州州立大學的研究小組將氨基酸與默奇森隕石中發現的氨基酸進行了比較。

比較揭示了重要的差異。默奇森中發現的氨基酸似乎是在液態水和中等溫度的環境中形成的。這種情況可能存在於隕石的母體上，也可能存在於早期地球上。

賓州州立大學地球科學系博士後研究員、該論文的共同主要作者奧菲莉·麥金托什（Ophelie McIntosh）說：“氨基酸之所以重要，是因為我們認為它們在地球上生命的起源中發揮了重要作用。” “真正令人驚訝的是，本·本努森的氨基酸顯示出與默奇森的氨基酸的同位素模式，這些結果表明存在於太陽係的基因係。

關於鏡像粒子的新問題

該研究還揭示了一個令人費解的結果。氨基酸以兩種相同的形式存在，類似於左旋和右旋。科學家先前預計這些配對形式具有相同的同位素特徵。

然而，在貝努樣品中，兩個相同的谷氨酸副本具有顯著不同的氮值。為什麼化學相同的鏡子形狀表現出如此不同的氮特徵仍然未知，研究人員計劃進一步研究。

「我們現在的問題多於答案，」帕欽斯基說。 「我們希望能夠繼續分析一系列不同的隕石，觀察它們的氨基酸。我們想知道它們是否仍然像默奇森隕石和本努隕石，或者可能在創造生命基石的條件和途徑上存在更多多樣性。”

賓州州立大學的其他合著者包括地球科學博士生米拉·馬特尼 (Mila Matney)；克里斯托弗·豪斯（Christopher House），地球科學教授；和賓夕法尼亞州埃文·皮尤大學地球科學教授凱瑟琳·弗里曼。

本文的其他作者包括馬裡蘭州格林貝爾特 NASA 戈達德太空飛行中心太空科學與技術研究與探索中心 (CRESST) 的 Daniel Simkus 和 Hannah McLean；來自 NASA 戈達德太陽系探索部門的 Jason B. Dworkin、Daniel B. Glavin 和 Jimmy E. Sela；還有羅文大學、美國自然歷史博物館和亞利桑那大學、美國自然歷史博物館Jr.)，以及亞利桑那大學月球與行星實驗室的但丁‧洛雷塔 (Dante S. Loretta)。