当前热讯:生命起源的线索藏在这颗小行星上?

业界 | 2022-06-14 08:28:59
时间:2022-06-14 08:28:59   /   来源: 科技日报      /   点击数:()

“龙宫”的化学成分与太阳相似,代表了太阳系最原始的材料组成。这些化学成分或曾为地球生命的起源提供最重要的生命要素。换句话说,“龙宫”可能含有数十亿年前孕育地球生命的同样物质。

——李一良 天体生物学家、香港大学教授

近日,“首次在地球外确认生命之源存在”的话题登上微博热搜榜首。据悉,科学家在“隼鸟2号”从3亿多公里外的小行星“龙宫”带回的样本中发现了氨基酸,包括了异亮氨酸、甘氨酸、丙氨酸等至少23种氨基酸,其中一部分氨基酸更是地球生物蛋白质的组成部分。此外,样本中还发现了有机大分子以及含氮化合物。

“这是首次在地球以外的天体上发现多种氨基酸。此前,科学家曾在彗星上探测到过一种氨基酸,这表明极有可能是碳质小行星‘龙宫’和彗星等这样的原始小天体,把生命的种子撒向整个太阳系。”中国科学院国家天文台研究员平劲松对科技日报记者表示,此次发现在很大程度上预示着宇宙自然环境中碳基生命是一个必然。

宇宙中的氨基酸是怎么形成的?发现氨基酸能够证实地外生命的存在吗?地球生命的起源与之有关吗?

氨基酸结构与地球的不同

我国天体生物学家、香港大学教授李一良对记者说,氨基酸是蛋白质的组成部分,是形成生命密码系统的基本要素。地球生物的氨基酸组成有且只有22种。

现有研究显示,氨基酸首次出现在宇宙大爆炸后的1.68亿年,至今仍在宇宙中不断产生。平劲松介绍,太阳系中的氨基酸可能源自星际分子云,主要有两种形成方式:一是基于离子和分子的化学反应形成;二是紫外光照射到水冰尘埃上形成。前者概率低,后者更为普遍,因为宇宙一直处在极端辐射环境之中。

在美国密苏里大学华裔教授李爱根看来,“龙宫”上氨基酸的形成,属于上述第二种情况,“在星际分子云尘埃表面的水冰壳层里,因紫外辐射和宇宙线照射形成”。

具体来说,在宇宙空间星际分子云里,存在大量固体尘埃颗粒。这些尘埃的表面吸附着H原子和O原子,形成OH,接着与H形成H2O水冰。同时,一氧化碳、甲烷、氨、甲醇、甲醛等,也都会被吸附到尘埃的水冰壳层里。最终在紫外光和宇宙射线的作用下发生化学反应,形成氨基酸。当星际分子云塌缩形成太阳系时,氨基酸沉聚在尘埃的水冰壳层里,进入到原行星尘埃盘以及在行星盘里形成的小行星和彗星之中。

宇宙环境复杂多变,氨基酸如何在“龙宫”上存活下来?

李爱根表示,氨基酸一直在尘埃的水冰壳层里,而且也只能是“龙宫”这类碳质小行星才能保存。这是因为其他类型的小行星在太阳系形成过程中,通常会经历高速、剧烈撞击,其中的碳物质大都被烧蚀掉了。“‘龙宫’很幸运,从一开始就没有发生剧烈碰撞,其内部的氨基酸得以保留至今。”平劲松称,宇宙中产生的氨基酸依附于宇宙尘埃,在寒冷的气体星云中保存了下来,只要不被下一代恒星的诞生和湮灭摧毁,氨基酸就可以一直存在。

可惜的是,包括月球、火星等在内的天体都难以“留住”氨基酸。李一良介绍,由于没有大气层的保护,月球表面直接面对来自太阳和银河系的高能辐射,不利于氨基酸的保存;火星的表面则由于较强的氧化条件而会导致氨基酸快速氧化;由于高温和强氧化,如今地球的表面条件同样不适合来自地外的氨基酸的保存。


(资料图片)

有趣的是,地球上新生成的氨基酸与宇宙空间的氨基酸有明显区别。李一良说,地球生命的氨基酸都是左旋手性,而地外天体来源的氨基酸则左旋和右旋各占一半。因此,分析“龙宫”所含氨基酸的结构和组成,将可能为揭示地球生命起源之谜提供关键线索。

平劲松也表示,地球上的蛋白质几乎都是由左旋氨基酸构成,而地球上的核糖核酸中的核糖和脱氧核糖核酸中的脱氧核糖大多是右旋的,这使得蛋白质和核酸能够获得稳定的螺旋结构,进而让生物体得以进化和繁衍。

代表太阳系最原始的材料组成

除了氨基酸,“龙宫”对科学家来说还是个不可多得的“宝藏”天体。

“龙宫”看起来像一块初步雕琢的方形钻石,是一颗直径约900米的碳质岩石小行星,每474天绕太阳运转一周。平劲松表示,与其他类型的小行星不同,碳质小行星“龙宫”自40亿年前形成以来变化很小,保留了太阳系形成初期的原始状态。

李一良表示,“龙宫”的化学成分与太阳相似,代表了太阳系最原始的材料组成。这些化学成分或曾为地球生命的起源提供最重要的生命要素。换句话说,“龙宫”可能含有数十亿年前孕育地球生命的同样物质。

“‘龙宫’上发现氨基酸,加强了由整个太阳系参与地球(和火星)生命形成的观点。如果能够确认‘龙宫’或其他彗星和小行星中所保存的氨基酸为地球生命起源的初始材料,将结束地球生命起源的(地球)内生理论与地球生命来自宇宙种子的外生理论之间的长期争论。”李一良说。

“要想确定地球以外氨基酸的成因和结构特征,最好的方式是直接获取天体样品。”李一良说。

“一般情况下,糖或核糖以及其他一些有机高分子辐射的指纹—谱线能量,可以被地面望远镜观察到。而氨基酸分子谱线能量较弱,通过望远镜光谱感知的方式观测到的机会更小。”平劲松表示。

为寻找地外生命提供新线索

李一良指出,在小行星上发现氨基酸,不等同于发现地外生命。天文学家迄今还没有确认任何地球以外的生命存在。他强调,目前地球仍然是我们太阳系中唯一拥有生命的星球。

生命与非生命体之间最大的区别在于,拥有以氨基酸为元素的遗传密码系统。此外,生命的组成和能量代谢需要蛋白质、脂肪酸和糖类。“在‘龙宫’的有机组成中,没有发现这些物质与氨基酸共生。因此,‘龙宫’的氨基酸不能被认为是生物物质残留。”李一良直言。

平劲松说:“考虑到氨基酸、核苷酸和其他关键有机分子等生命主要成分,在地球生命出现之前就已经存在了大约80—90亿年,发现氨基酸还不能简单地推断或证实地外生命的存在。不仅如此,从氨基酸到蛋白质,是一个漫长的、仍不能大致确定的宇宙学演化历程。”

当然,除了氨基酸,科学家还有许多方法在其他星球上寻找生命的踪迹。李一良说,我们还可以依照地球生物对大气组成的影响来考虑生命是否存在。比如地球大气中的氧气完全是由生物的光合作用产生的,因此是生物成因气体。如果我们用遥感的方法探测到其他行星大气存在氧,便可以考虑在其表面有生命存在的可能性。

另外,地球大气中的甲烷,90%以上是生物成因,产甲烷菌是产生甲烷的主要途径,因此可以认为行星大气中的甲烷是产甲烷菌存在的标志,而产甲烷菌又是生命存在的形式之一,这就是为什么最近在火星大气中探测到甲烷,能够让众多科学家激动不已。

平劲松表示,若想证明地外生命的存在,还有一个与行星保护相矛盾的方式:用其他星球的土壤样品培养地球的微生物和低等植物,或是把地球微生物和低等生物携带到地外天体,利用当地环境培养繁衍。近些年,工程师和科学家已经做过类似的尝试。

“总的来说,除了对碳质陨石进行检测、对碳质小行星和彗星探测采样之外,另一个寻找地外生命的合理思路,依然是推测在类似地球的固体行星表面以下,包括在冰卫星冰层以下,有可能保留着大量的氨基酸和核糖,甚至是生命。”平劲松说。 

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