弗里德里希·席勒大学(编者注:德国历史悠久的综合性高等学校)耶拿和马克斯普朗克研究所最近研究表明:肽类聚合物可能来自外太空。(肽:一种有机化合物,由氨基酸脱水而成,含有羧基和氨基,是一种两性化合物。)
他们通过实验证明肽可以在某种尘埃微粒中形成,而这种尘埃普遍出现在外太空环境中。这些微粒是所有生命的基本组成部分之一,因此很可能“肽”根本不是起源于我们的星球,而是来自于宇宙分子云。这就揭示了生命起源的新线索。
Serge Krasnokutski博士研究真空中低温下生物分子的形成 | 图片来源:Jens Meyer/耶拿大学
氨基酸链的特性
我们所知道的所有生命都由相同的化学键组成。其中就包括肽——它能在人们体内执行各种完全不同的功能:运输物质、加速身体反应、为细胞提供稳定的链条。肽由以特定顺序排列的单个氨基酸组成,而单个氨基酸的排列顺序决定了肽的最终特性。
这些多种多样的生物分子是如何形成的,是探索生命起源需要思考的问题之一。例如,在陨石中发现的氨基酸、核碱基和各种糖类表明,这些分子可能来源于外太空。然而,要从单个氨基酸分子形成肽,需要非常特殊且苛刻的条件,以前人们普遍认为这些条件更有可能存在于地球上。
第一步必须有水,第二步必须没有水
天体物理学和星团物理实验室小组的 Serge Krasnokutski 博士说:“水在生成肽的传统方式中起着重要作用。” 在这个过程中,单个氨基酸结合形成一条链。为此,每次都必须去除一个水分子。 “我们的量子化学计算现在表明,氨基酸甘氨酸可以通过一种称为氨基乙烯酮的化学前体与水分子结合形成。 简而言之:在这种情况下,第一步反应必须加水,第二步必须除去水。”
有了这些线索后,Krasnokutski博士领导的团队现在已经能够证明,这种化学反应可以在宇宙中发生,而且不需要水。
“我们不想走形成氨基酸的化学弯路,而是想找出是否不能形成氨基烯酮分子并直接结合形成肽,”Krasnokutski 描述了这项工作背后的基本思想。 他补充说:“我们是在宇宙分子云中普遍存在的条件下做到这一点的,也就是说,在真空中的尘埃颗粒上,大量存在着地球上的化学物质:碳、氨和一氧化碳。”
在一个超高真空实验室中,在气压只有正常气压的万亿分之一、温度为零下 263 摄氏度的环境下,尘埃颗粒模型与碳、氨和一氧化碳被混合在了一起。
“研究表明,在这些条件下,肽聚甘氨酸是由简单的化学物质形成的,”Krasnokutski 说。 “因此,这些是非常简单的氨基酸甘氨酸链,我们观察到不同的长度。最长的样本由十一个氨基酸单位组成。”
在这个实验中,这支德国团队还检测到了疑似氨基乙烯酮的元素。“反应之所以能在如此低的温度下发生,是因为氨基乙烯酮分子具有极强的反应性。它们能够相互结合,产生聚甘氨酸。”
量子力学隧道效应影响
“然而,在这种条件下,氨基乙烯酮的聚合反应如此容易发生,我们十分惊讶,”Krasnokutski 说,“因为我们必须克服能量障碍才能让反应发生。然而,量子力学的特殊效应可能会帮助我们做到这一点。在这个特殊的反应步骤中,一个氢原子改变了它原本的位置。然而,它是如此之小,以至于作为一个量子粒子,只靠自己是无法克服障碍的,而是能够借助量子力学隧道效应轻易地越过它。”
现在我们很清楚的是,宇宙条件下不仅可以产生氨基酸,还可以产生肽链,因此我们在研究生命起源时可能不仅要关注地球,还要更多地关注来自太空的线索。
(独家编译:科幻世界)
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