構成生命的手性分子被隕石帶到早期地球上？

一項新的研究表明：生命的構成元素可能是宇宙起源，然後搭上隕石來到早期地球。科學家們繼續研究生命的組成部分來自哪裡，以及它們在整個宇宙中有多普遍。對於我們所識別的每一個構成元素，從碳和磷到蛋白質和核酸，我們還必須問，它是什麼時候到達這裡的？如何到這裡，從哪裡到這裡？亞利桑那州立大學分子科學學院的Sandra Pizzarello和加州大學戴維斯分校行星科學系的Christopher Yarnes研究了Murchison隕石的提取物。

在銀河系中心附近的恆星形成區域人馬座B2中發現了環氧丙烷。圖片：B. Saxton/NRAO/AUI/NSF/N. E. Kassim (Naval Research Laboratory)/Sloan Digital Sky Survey

博科園-科學科普：該隕石於1969年降落在澳大利亞，以其200磅(90公斤)的重量和碳含量豐富的組成，至今仍是研究最多的隕石之一。在萃取物中發現了一種手性分子的證據，在遙遠恆星形成區域也發現了這種分子。手性是指分子中原子的排列，想想對稱物體的鏡像，比如椅子或訂書機。它的鏡像可以完美地疊加在原始圖像上。然而，手這樣的手性物體的鏡像是不能疊加在原物上。同手性，或者說是單手性，

在細胞化學反應中起著關鍵作用，所有的生物(我們所知道的)都含有「左手性」分子。科學家們不確定這是為什麼，但一些人認為答案可能與分子的宇宙起源有關。2016年研究人員在人馬座B2中發現了環氧丙烷，一種手性分子。人馬座B2是一個巨大的分子氣體雲，距離地球大約25000光年，靠近銀河系中心。這些發現表明，生命所需的手性分子可能來自太空，尤其是恆星形成區域。

Pizzarello和Yarnes用乙醇從Murchison隕石中提取了粉末，然後對其進行了環氧丙烷測試，環氧丙烷是人馬座B2中先前發現的手性分子。在提取物中發現了兩種環氧丙烷衍生物，而水解(將化學物質與水分解)使這些衍生物產生丙二醇，進一步證實了環氧丙烷的存在。一個令人驚訝的結果是，在經過4周的冷凍後，樣品中出現了聚合物化合物，這是丙二醇的另一個跡象。研究人員認為，這種化合物可能「從母體小行星和早期地球上的隕星氧化物中形成」。

這裡我們看到一個左旋氨基酸和一個右旋氨基酸。地球上所有氨基酸的手性都是左手性。圖片：NASA

這表明這種分子有能力承受太空的嚴酷環境和漫長的宇宙旅程。研究人員的結論之一是隕石包含了一種「未知的成分複雜性」。科學家們不知道隕石還有哪些分子秘密，也不知道這些秘密如何改變我們對生命起源的理解。我們所知道的是隕石似乎有非生物合成的成分，或者從非生物分子中創造化合物的成分。Pizzarello在接受《天體生物學》訪時說：隕石包含了我們在各種分子物種中尋找的所有東西。

換句話說，化學過程，而不是生物過程，可能產生了第一個活細胞，它們都是同手性的。愛丁堡大學物理與天文學學院的天體生物學教授Charles Cockell相信：生命使用一種手性形式來簡化生化識別是有道理的，但是這種配置的來源涉及到一個尚未解答的問題，即化學過程是否早於生物學過程，或者是否手性源自「一種形式的前生命過剩，使生命傾向於放大它現在所顯示的手性」。

儘管隕石攜帶著生命所必需的分子，Pizzarello指出，我們仍然不知道它們是否對地球上的生命負責，或者它們是否是唯一將手性分子帶到地球的宇宙載體。確定的答案很難得到，但考克爾相信，科學家可以通過研究分子對空間生命形式的重要性以及選擇手性的過程來破解這個謎題。還有什麼其他的前生命秘密被鎖在(太空中的)未知化合物中呢？不管答案是什麼，這項研究表明「生命之前的化學進化有著非常深刻的根源。

默奇森隕石的樣本，它於1969年墜落在澳大利亞，含有多種有機分子，可能暗示生命的起源。圖片：Art Bromage/Wikimedia Commons CC BY-SA 2.0

手性是我們所知的所有生命中固有的一種傾向，這個觀點要麼始於約136億年前銀河系的誕生，要麼源自它的誕生。正如卡爾·薩根所說：我們是由恆星組成的。這一發現也暗示了決定論的一個更大的問題，即是物理或化學定律決定了生命的手性，還是取決於偶然性。在很多方面，至少對於生命的起源來說，隕石提供了分離這兩種物質的關鍵。這項工作是由美國宇航局天體生物學通過外太空生物學和進化生物學「地球在其他太陽系」計劃支持的。

博科園-科學科普｜Joelle Renstrom/Space｜參考期刊文獻 :《地球與行星科學快報》，DOI:doi.org/10.1016/j.epsl.2018.05.026

博科園-傳遞宇宙科學之美

閱讀原文進入可下載iOS或安卓App：博科園

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！