小行星“贝努”揭示生命化学的新线索

宾夕法尼亚州立大学科学家领导的新研究表明，贝努小行星的至少部分氨基酸可能起源于太阳系早期极端寒冷且有辐射的环境中。该研究结果于2月9日发表在《美国国家科学院院刊》上。研究团队表示，贝努样本中的化学特征表明，这些氨基酸的形成过程可能与科学家传统假设的不同，且形成环境比预期的恶劣得多。

“我们的研究结果颠覆了我们对小行星中氨基酸形成方式的传统认知，”宾夕法尼亚州立大学地球科学助理研究教授、该论文的共同第一作者艾莉森·巴钦斯基说，“现在看来，这些生命的基石可以在多种条件下形成，而不仅仅是存在温暖液态水的时候。我们的分析表明，这些氨基酸形成的途径和条件具有更多样性。”

### 同位素分析揭示甘氨酸起源
研究人员使用了少量贝努物质（约一茶匙大小），通过特制仪器测量同位素（原子质量的细微差异），这些微妙变化能揭示分子的形成方式和地点。团队重点研究了甘氨酸——最简单的氨基酸，它是含两个碳的小分子，在生物学中起基础作用。氨基酸链连接形成蛋白质，执行生物体几乎所有基本功能，从构建细胞到驱动化学反应。由于甘氨酸可在多种化学条件下形成，科学家常将其用作早期生命前化学的标志物。其在小行星和彗星中的存在支持了一些生命原材料在太空形成后被运送到地球的观点。

### 挑战温水理论
多年来，甘氨酸形成的主要解释是斯特雷克合成法，即氰化氢、氨与醛或酮在液态水中结合，该模型认为氨基酸形成于相对温和、富水的环境中。但贝努的同位素证据指向不同方向：其甘氨酸可能并非在温暖液态水中形成，而是在年轻太阳系外围区域暴露于辐射的冰冻冰层中。

“在宾夕法尼亚州立大学，我们改装了仪器，能够对甘氨酸等有机化合物的极低丰度进行同位素测量。如果没有技术进步和对专用仪器的投入，我们永远不会有这一发现。”巴钦斯基说。

### 贝努与默奇森陨石的比较
科学家长期研究富碳陨石中的氨基酸，包括1969年坠落在澳大利亚的著名默奇森陨石。为更好理解贝努的化学性质，宾州州立大学团队将其氨基酸与默奇森陨石中的进行比较，发现重要差异：默奇森的氨基酸似乎形成于有液态水和温和温度的环境，这种条件可能存在于陨石母体以及早期地球。

“氨基酸之所以重要，是因为我们认为它们在地球生命起源中发挥了重要作用，”宾夕法尼亚州立大学地球科学系博士后研究员、共同第一作者奥菲莉·麦金托什说，“真正令人惊讶的是，贝努的氨基酸与默奇森的同位素模式有很大不同，这些结果表明贝努和默奇森的母体可能起源于太阳系化学性质不同的区域。”

### 镜像分子的新问题
研究还发现一个令人困惑的结果。氨基酸有两种镜像形式，类似左右手。科学家此前认为这些配对形式具有相同的同位素特征，但在贝努样本中，谷氨酸的两种镜像形式含有显著不同的氮值。为何化学性质相同的镜像形式会显示如此不同的氮特征尚不清楚，研究人员计划进一步研究。

“我们现在的问题比答案多，”巴钦斯基说，“我们希望能继续分析各种不同的陨石，研究它们的氨基酸。我们想知道它们是否继续像默奇森和贝努，或者生命基石形成的条件和途径是否有更多多样性。”

其他宾州州立大学的共同作者包括地球科学博士生米拉·马特尼、地球科学教授克里斯托弗·豪斯以及宾州州立大学地球科学埃文·普格大学教授凯瑟琳·弗里曼。论文的其他作者包括马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心空间科学与技术研究探索中心（CRESST）的丹妮尔·西姆库斯和汉娜·麦克莱恩；美国宇航局戈达德太阳系探索部的杰森·P·德沃金、丹尼尔·P·格拉文和杰米·E·艾尔西拉；以及罗文大学、美国自然历史博物馆和亚利桑那大学月球与行星实验室的小哈罗德·C·康诺利，以及亚利桑那大学月球与行星实验室的Dante S. Lauretta。