生命的构成要素之一可以在深空本身的恶劣环境中形成。无需星级

在许多方面,恒星是创造的引擎。它们的能量驱动着生命所必需的整个过程。科学家认为,恒星辐射是产生像氨基酸甘氨酸这样的化合物所必需的化合物,氨基酸是生命的基本组成部分之一。

但是一项新的研究发现,当没有恒星能量时,在深星际空间形成的彗星中会检测到甘氨酸。

哪些自然过程引起了生命的基石?这个问题推动了很多研究。我们知道像甘氨酸这样的氨基酸是生命必不可少的,但是科学家们对这些构造物的形成方式缺乏全面的了解。

在大约500个已知氨基酸中,甘氨酸是最简单的氨基酸,并且是遗传密码中20个氨基酸之一。它’它不是必需氨基酸之一,因为它可以在人体中合成。

例如,科学家在彗星67P / Churyumov-Gerasimenko的昏迷中以及在Wild-2彗星中发现了甘氨酸。近年来,科学家在陨石中发现了其他复杂的有机分子(COM)。但是,我们对复杂的分子结构单元如何形成的理解还远远不够。没有这种了解,我们’我永远都不会弄清楚地球上的生命是如何开始的。

科学家在彗星67P / Churyumov-Gerasimenko的昏迷中发现了甘氨酸。在这张图片中,罗塞塔(Rosetta)的科学照相机OSIRIS显示了在安克特地区从彗星颈部一侧出现的清晰定义的喷射状特征的突然发作。图片来源:ESA / Rosetta / OSIRIS
科学家在彗星67P / Churyumov-Gerasimenko的昏迷中发现了甘氨酸。在这张图片中,罗塞塔(Rosetta)的科学照相机OSIRIS显示了在安克特地区从彗星颈部一侧出现的清晰定义的喷射状特征的突然发作。图片来源:ESA / Rosetta / OSIRIS

彗星被认为是古老的原始物体。当行星和太阳即将形成时,它们直接从太阳星云中形成。在彗星中找到甘氨酸意味着无需直接输入恒星能量就可以生产它。这暗示着这种最简单的构建基块可以实现的广泛程度,以及生命可能出现的可能性。

没有恒星能量的甘氨酸的产生被称为“dark chemistry.”现在,一组研究人员对黑暗的星际云内部进行了实验室模拟。这些模拟产生了甲基胺(甘氨酸的前身),然后表明甘氨酸本身可以形成。

“暗化学是指不需要高能辐射的化学,”伦敦玛丽皇后大学的塞尔吉奥·伊波波罗(Sergio Ioppolo)说。约波罗(Ioppolo)是本周发表在 自然天文学。文章标题为“星际介质中甘氨酸形成的非能量机制.”

“在实验室中,我们模拟了黑暗星际云中的情况:10-20 K(-263 C至-253 C)冷尘埃颗粒被大量冰薄层覆盖–冻结的CO,NH3,CH4和H2O,然后通过撞击原子进行处理,从而导致前体物质碎裂,反应性中间体重新结合,”第一作者Ioppolo在 新闻稿.

在实验室中,艺术家对分子甘氨酸和深色星际云的印象。 (c)哈罗德·林纳茨
在实验室中,艺术家对分子甘氨酸和深色星际云的印象。 (c)哈罗德·林纳茨

甘氨酸’在67P彗星中检测到前体甲胺’昏迷,以及甘氨酸本身。还检测到另一种甘氨酸前体乙胺。在2019年的论文标题中“彗星67P / Churyumov-Gerasimenko中的分布式甘氨酸”研究人员得出结论,观察到的甘氨酸可能来自“嵌入在水冰中的甘氨酸分子是从冰中升华而产生的,这些冰是从原子核喷出的尘埃粒子中升华的。” In this new study’在实验室过程中,水冰对于最终形成甘氨酸至关重要。

这项研究的主要成果是,甘氨酸是生命的基本组成部分和最简单的氨基酸,以行星形式存在,并嵌入到原始的彗星冰中。

“这项工作得出的重要结论是,被认为是生命组成部分的分子已经在恒星和行星形成开始之前的某个阶段形成,”研究合著者莱顿天文台天体物理实验室主任哈罗德·林纳茨说。“甘氨酸在恒星形成区域的进化中如此早的形成意味着该氨基酸可以在太空中更普遍地形成,并在包含在组成彗星和小行星的彗星和小行星之前被保存在大部分冰中。制作。”

该研究得出的数字将其结果与先前的研究进行了对比。新的结果表明,甘氨酸可以在富含水的恒星前冰粒上形成,而'需要热量或紫外线能量。图片来源:Ioppolo等,2020。
该研究得出的数字将其结果与先前的研究进行了对比。新的结果表明,甘氨酸可以在富含水的恒星前冰粒上形成,而’需要热量或紫外线能量。图片来源:Ioppolo等,2020。

这与以前的一些研究结果截然不同。先前的工作表明,紫外线辐射对于形成甘氨酸是必要的。

这些实验室模拟的优势之一是它们可以节省时间。在寒冷,黑暗的星际云中,一天的实验室工作可以成为数百万年的代理。“由此我们发现,随着时间的流逝,少量但大量的甘氨酸会形成,”共同作者Herma Cuppen(奈梅亨拉德布德大学)说,他负责该模型中介绍的一些建模研究 自然天文学 publication.

甘氨酸 is a true building block. It can lead to the formation of more complex molecules, implying that they too may form via 黑暗化学。

“甘氨酸一旦形成,也可以成为其他复杂有机分子的前体,”Sergio Ioppolo总结说。“遵循相同的机理,原则上可以将其他官能团添加到甘氨酸骨架上,从而导致在太空中的乌云中形成其他氨基酸,例如丙氨酸和丝氨酸。”

The Murchison meteorite fell to Earth in Australia in 1969. It contained 15 氨基酸, including 甘氨酸. Image Credit: By User:Basilicofresco - Derivative work from Image:Murchison meteorite.jpg, CC BY-SA 3.0, //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4301968
The Murchison meteorite fell to Earth in Australia in 1969. It contained 15 氨基酸, including 甘氨酸. Image Credit: By User:Basilicofresco – Derivative work from Image:Murchison meteorite.jpg, CC BY-SA 3.0, //commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4301968

在他们的论文中,研究人员团队总结了他们的工作:“甘氨酸在恒星形成区域的演化中的早期形成意味着甘氨酸可以在太空中更普遍地形成,并在围绕新生恒星的原行星盘形成行星期间被包含在陨石和彗星中之前被保存在大部分的极冰中。一旦形成,星状甘氨酸也可以通过“高能”和“非高能”表面反应途径,成为更复杂分子的前体物质。”

在行星和恒星之间发生任何相互作用之前,甘氨酸可以在星际空间的寒冷黑暗中形成,这一事实可以大大改变我们对生命出现的理解。这项研究表明,如何在不太可能的地方轻松创建主要的构建基块。在像彗星这样的原始物体中被创造出来之后,它们最终被传递到了像地球这样的行星上。

“结论是,在许多恒星形成环境中,包括太阳型系统形成的最冷和最早阶段,甘氨酸和其他可能的生命构成要素至少会以固相存在,” the authors write.

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