介绍
2021 年，Hayabusa2 太空任务成功地将小行星 162173 Ryugu 的一小部分运送到地球——4.5 克最古老、最原始的物质，是 10 亿年前太阳系形成时遗留下来的。 去年春天，科学家们透露，这颗小行星的化学成分包括 XNUMX 种氨基酸，它们是蛋白质的组成部分。 这一发现进一步证明，地球上生命起源的原始汤可能是用小行星碎片中的氨基酸调味的。
但是这些氨基酸是从哪里来的呢？ 流经我们生态系统的氨基酸是细胞代谢的产物，主要存在于植物中。 是什么非生物机制将它们置于陨石和小行星中？
科学家们想出了几种方法，并且 最近的工作 日本研究人员指出了一个重要的新发现：一种利用伽马射线制造氨基酸的机制。 他们的发现使陨石更有可能促成了地球上生命的起源。
尽管它们作为生命化学的重要组成部分而享有盛誉，但氨基酸是简单的分子，如果有足够的能量，可以从碳、氧和氮化合物中巧妙地烹调出来。 七十年前，斯坦利·米勒和哈罗德·尤里的著名实验证明，在甲烷、氨和氢气（当时被错误地认为是模仿地球早期大气层）的气体混合物中放电，就可以制造出一种混合物：含有氨基酸的有机化合物。 后来的实验室工作表明，氨基酸也可能在海底热液喷口附近的沉积物中形成，并且 2018 年的发现 确认有时确实会发生这种情况。
1969 年之后，原始氨基酸可能来自太空的可能性开始流行起来，当时两块大陨石——澳大利亚西部的默奇森陨石和墨西哥的阿连德陨石——在撞击后迅速被发现。 两者都是碳质球粒陨石，这是一种类似于龙宫的罕见陨石，科学家认为它们是在太阳系首次形成后从较小的冰体中吸积而成的。 两者都含有少量但大量的氨基酸，尽管科学家们不能排除这些氨基酸是污染物或它们影响的副产品的可能性。
尽管如此，太空科学家仍知道，形成碳质球粒陨石的冰冷尘埃体可能含有水、氨和小碳分子，如醛类和甲醇，因此氨基酸的基本成分可能已经存在。 他们只需要一种能源来促进反应。 实验工作表明，来自超新星的紫外线辐射强度足以做到这一点。 尘埃体之间的碰撞也可能将它们加热到足以产生类似的效果。
“我们知道很多非生物制造氨基酸的方法，”说 斯科特·桑德福德，美国宇航局艾姆斯研究中心的实验室天体物理学家。 “而且没有理由认为它们不会全部发生。”
现在由化学家领导的日本横滨国立大学的一组研究人员 梶川洋子 和 小林健圣 已经表明伽马射线也可以在球粒陨石中产生氨基酸。 在他们的新工作中，他们表明来自球粒陨石中放射性元素（最有可能是铝 26）的伽马射线可以将碳、氮和氧化合物转化为氨基酸。
当然，伽马射线可以像制造有机化合物一样容易地破坏有机化合物。 但在日本团队的实验中，“放射性同位素促进氨基酸产生比分解更有效，”Kebukawa 说，因此伽马射线产生的氨基酸多于它们破坏的氨基酸。 根据他们在实验中观察到的生产率，研究人员非常粗略地计算出，伽马射线可以在短至 1,000 年或长达 100,000 年的时间内将碳质球粒陨石小行星中的氨基酸浓度提高到默奇森陨石中所见的水平.
由于与紫外线不同，伽马射线可以深入小行星或陨石的内部，因此这种机制可能与生命起源情景具有额外的相关性。 “它开辟了一个可以制造氨基酸的全新环境，”桑福德说。 如果陨石足够大，“即使外部被烧蚀掉，它们的中间部分也能在进入大气层后幸存下来，”他解释道。 “所以你不仅在制造 [氨基酸]，而且还在让它们走上通往行星的道路上。”
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新机制的一个要求是必须存在少量液态水以支持反应。 这似乎是一个重大限制——“我可以很容易地想象，人们认为太空环境中几乎不存在液态水，”Kebukawa 说。 但是碳质球粒陨石充满了水合硅酸盐和碳酸盐等矿物质，只有在水存在的情况下才会形成，她解释说，甚至在球粒陨石的一些矿物颗粒中发现了少量的水。
从这样的矿物学证据，说 瓦西丽莎·维诺格拉多夫法国艾克斯-马赛大学的天体化学家，科学家们知道，年轻的小行星含有大量的液态水。 “这些身体的水性改变阶段，也就是所讨论的氨基酸有机会形成的时候，大约持续了一百万年，”她说——足以产生所观察到的氨基酸数量在陨石中。
Sandford 指出，在他和其他研究人员进行的实验中，对像原始星际分子云中的冰冷混合物的辐射可以产生数千种与生命相关的化合物，包括糖和核碱基，“氨基酸几乎总是存在于混合。 所以宇宙似乎天生就可以制造氨基酸。”
维诺格拉多夫赞同这一观点，并表示现在已知陨石中可能存在的有机化合物种类繁多。 “问题更多地转向了：为什么这些分子被证明对地球上的生命很重要？” 她说。 例如，为什么陆地生命只使用可以产生的氨基酸中的 20 种——为什么它几乎只使用这些分子的“左手”结构，而镜像“右手”结构自然形成等量？ 这些可能是未来生命最早起源化学研究的主要谜团。
