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生命的基本组成部分可在星辰之前形成

时间:2022-12-15

论文研究表明,甘氨酸以及很可能其它氨基酸在密集的星际云中即形成,远在新的恒星和行星的形成之前

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一个国际科学家团队在最新一期的《自然-天文学》杂志上发表重要论文表示,最简单的氨基酸和重要的生命组成部分甘氨酸,可以在宇宙太空化学的恶劣条件控制下形成。论文研究表明,甘氨酸以及很可能其它氨基酸在密集的星际云中即形成,远在新的恒星和行星的形成之前。

氨基酸(Amino acids)是生物学上重要的有机化合物,由氨基(-NH2)和羧基(-COOH)的官能团,以及连到每一个氨基酸的侧链组成。氨基酸是构成蛋白质的基本单位,赋予蛋白质特定的分子结构形态,使其分子具有生化活性。蛋白质是生物体重要的活性分子,包括催化新陈代谢的酶。不同的氨基酸脱水缩合形成肽(蛋白质的原始片段),是蛋白质生成的前体。

甘氨酸(Glycine),是20个蛋白氨基酸中分子量最小的一个。它的侧键是一个氢原子。甘氨酸的α碳连接两个氢原子,大多数蛋白质含少量甘氨酸。

彗星是太阳系中最原始的物质,反映了太阳和行星即将形成时的分子组成。科学家对丘留莫夫-格拉西缅科(67P / Churyumov-Gerasimenko)彗星中,以及从星尘任务返回地球的样品中,检测到甘氨酸的现象表明,氨基酸早于恒星形成。但是直到最近,人们仍认为甘氨酸的形成需要能量,这对可形成甘氨酸的环境设定了明确的限制。

在这项新的研究中,国际天体物理学家和天化学模型师团队,主要在荷兰莱顿天文台的天体物理学实验室工作,他们表明,在没有能量的情况下,通过“暗化学”(dark chemistry),甘氨酸可能在冰冷的尘埃颗粒表面形成。这一发现与先前的研究完全不同,过去的研究表明需要紫外线辐射才能产生这种分子。

“暗化学”(dark chemistry)论文第一作者、伦敦女王玛丽大学的塞尔吉奥·伊波波罗博士(Sergio Ioppolo)说:“暗化学是指不需要高能辐射的化学。在实验室中,我们能够模拟暗星际云中冷尘埃的情况。颗粒被薄薄的冰层覆盖,随后通过撞击原子进行处理,从而导致前体物质破碎,反应性中间体重新结合。

科学家首先表明,可以形成甲胺,这是在彗星67P中发现的甘氨酸的前体物质。然后,使用独特的超高真空装置,配备一系列原子束线和精确的诊断工具,能够确认还可以形成甘氨酸,这是水冰存在的至关重要的过程。

通过天体化学模型进行的进一步研究证实了实验结果,并使研究人员可以将仅一天的典型实验室时间尺度上获得的数据外推到星际条件,从而弥合了数百万年的历史。“从中我们发现,随着时间的推移,太空中会形成少量但大量的甘氨酸。”负责建模研究的奈梅亨拉德布德大学的赫玛·库彭教授说。

莱顿天文台天体物理实验室主任哈罗德·林纳茨说:“这项工作的重要结论是,被认为是生命的构成要素的分子已经在恒星和行星形成开始之前的某个阶段就形成了。” “在形成恒星的区域中,如此早地形成甘氨酸,意味着该氨基酸可以在太空中更普遍地形成,并且在包含在彗星和小行星中之前被保存在冰块中,而彗星和小行星中的氨基酸最终构成了行星。”

伊波波罗博士总结道:“甘氨酸一旦形成,也可以成为其他复杂有机分子的前体。” “按照相同的机理,原则上可以在甘氨酸主链上添加其他官能团,从而在太空中的黑云中形成其他氨基酸,例如丙氨酸和丝氨酸。最后,这种富集的有机分子库存是像彗星一样被包含在天体中,并像我们地球和许多其他行星一样,被传输到年轻的行星上。”

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