沐浴在伽马射线中的陨石会产生更多的氨基酸,并可能帮助地球上的生命继续发展

我们的现代 望远镜更强大 比他们的前辈,我们的研究比以往任何时候都更加集中。 我们不断发现有关太阳系的新事物,并寻找长期存在的问题的答案。 但我们仍然没有答案的一大问题是:“地球上的生命是怎样开始的?”

我们不会用一场戏剧表演来回答生命起源的问题。 相反,我们正在努力解决这个问题,几代人慢慢拼凑出一个答案。 我们知道生命有构建基块,分子对生命在地球上以及希望在其他地方获得立足点至关重要。 氨基酸是其中的一些组成部分。

氨基酸在地球上的生命中起着至关重要的作用,尽管我们并不确切知道它们是怎样融入生命起源的时间轴的。 我们在太空中发现了它们,这导致人们猜测它们起源于太空,然后作为生物构建块进入地球。

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一项新的研究通过显示沐浴在伽马射线中的陨石产生更多的氨基酸来填补部分图片。

氨基酸有数百种,但只有 22 种出现在遗传密码中。 甘氨酸是遗传密码中最简单的氨基酸之一,科学家们在太空物体中发现了甘氨酸。 他们在彗星、星际尘埃云和坠落到地球的陨石中看到了它,这导致了陨石促成了地球上生命出现的想法。

一项新的研究表明,当陨石沐浴在伽马射线中时,它们会产生更多的氨基酸。 该研究是“早期太阳系水系小天体中伽马射线诱导的氨基酸形成》,并发表在美国化学学会会刊 ACS Central Science 上。 第一作者是横滨国立大学化学系副教授 Yoko Kebukawa。

当地球形成时,太阳系是一个更加混乱的地方。 陨石飞过太空,撞击加速器中的粒子之类的东西。 其中许多袭击了地球。 现在它们的数量减少了,尽管它们仍然掉落到地球上。 当他们这样做时,人们会找到其中一些,并且许多人已经找到了通往科学家实验室的路。 随着时间的推移,科学家们将陨石分为不同的家族。

陨石分为三大类:石陨石、铁陨石和石铁陨石,两者兼而有之。 还有基于化学成分、同位素和矿物学的进一步分类。

碳质球粒陨石 (CCs) 是一种石质陨石,是最原始的陨石之一。 这个名字有点混乱。 科学家们认为它们含有碳,因为它们的外观呈黑色和灰色,但实际上它们含有的碳比其他陨石少。 然而,CCs 含有比碳更重要的东西:众所周知,它们含有水和其他分子,包括氨基酸。

这一点,加上它们的古老年代,使它们变得重要,因为它们掌握着早期太阳系的线索,那时地球正在安定下来,生命才刚刚开始。

毫无疑问,当时碳质球粒陨石含有氨基酸,而且它们会把氨基酸输送到年轻的地球。 但是氨基酸是怎样形成的呢?

这就是新研究背后的问题。

艺术家想象中的陨石进入地球大气层。 数十亿年前,有更多的陨石撞击地球。 他们能否将氨基酸之类的组成部分输送到地球,从而刺激生命的出现? 图片来源:牛津大学
艺术家想象中的陨石进入地球大气层。 数十亿年前,有更多的陨石撞击地球。 他们能否将氨基酸之类的组成部分输送到地球,从而刺激生命的出现? 图片来源:牛津大学

主要作者 Kebukawa 在 先前的研究 氨和甲醛等简单分子之间的反应可以产生大分子,包括氨基酸。 但只有在液态水存在的情况下,并且只有在有热量驱动反应的情况下。 我们知道碳质球粒陨石含有水,但热量从何而来?

它可能来自铝的两种天然同位素之一:26Al。

26Al 是宇宙成因的,这意味着它是在宇宙射线轰击流星碎片时产生的。 它在太阳系形成时相对丰富,但现在已经衰变了。

26Al 不稳定,衰变时会释放伽马射线。 科学家们认为,衰变产生的热量是一些小行星在早期太阳系形成后熔化和分化的原因。 但热量也可能推动流星中氨基酸的产生。

Kebukawa 和她的同事在他们的实验室中测试了这个想法。 他们将甲醛和氨等化合物结合起来,这两种化合物都是太空中常见的化学物质,并将它们暴露在伽马射线下。 不是来自 26Al 的伽马射线,而是来自更容易获得的 60Co(钴 60)的伽马射线。 60Co 是一种在核反应堆中产生的合成放射性同位素。 它用于放射治疗、医疗器械消毒和其他用途。

由于它在衰变时会产生伽马射线,因此研究人员使用 60Co 作为原始 26Al 的替代品。

实验表明,当 26Al 衰变并释放出伽马射线时,射线会融化碳质球粒陨石中的冰。 在存在液态水和来自 26Al 的能量的情况下,氨 (NH3) 和甲醇 (CH3OH) 等简单化学物质会形成氨基酸。 图片来源:Kebukawa 等人。  2022.
实验表明,当 26Al 衰变并释放伽马射线时,射线会融化碳质球粒陨石中的冰。 在存在液态水和来自 26Al 的能量的情况下,氨 (NH3) 和甲醇 (CH3OH) 等简单化学物质会形成氨基酸。 图片来源:Kebukawa 等人。 2022.

研究人员发现,随着伽马射线暴露的增加,伽马射线增加了一些氨基酸的产生。

研究中的这张图显示了伽马射线怎样产生不同的氨基酸。 伽马射线以 kGy 为单位测量,代表千戈瑞(1 kGy。= 1,000 J/kg)。 底部的零 kGy 行是对照组。 颜色编码的图例解释了每个分子产生了多少。 甘氨酸是最简单和最常见的氨基酸,在图例底部以蓝色显示。 图片来源:Kebukawa 等人。  2022.
研究中的这张图显示了伽马射线怎样产生不同的氨基酸。 伽马射线以 kGy、千戈瑞 (1 kGy. = 1,000 J/kg) 为单位进行测量。 底部的零 kGy 行是对照组。 颜色编码的图例解释了每种氨基酸的产量。 甘氨酸是最简单和最常见的氨基酸,在图例底部以蓝色显示。 图片来源:Kebukawa 等人。 2022.

氨基酸分为四类:α、 beta、伽马和三角洲。 α 氨基酸是最必需的氨基酸,因为它们用于合成蛋白质。 甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、亮氨酸(Leu)、丝氨酸(Ser)、天冬酰胺(Asp)、异亮氨酸(Ile)和谷氨酰胺(Glu)都是实验中产生的α氨基酸。 随着总伽马射线剂量的增加,这些必需氨基酸的数量在辐照溶液中增加。

这些实验室结果在现实世界中意味着什么?

研究人员根据他们的结果计算出陨石中氨基酸产量的合理水平。 他们专注于称为 CM 球粒陨石的特定陨石家族,这是最常见的碳质球粒陨石类型。 M代表Mighei陨石,他们的计算是针对所有CM球粒陨石的母体。 他们的分析还考虑了氨基酸随时间的衰变。

该团队计算了α-丙氨酸的产量和 beta-丙氨酸,维生素 B5 之类的成分。 他们计算了液相和整个岩石中氨基酸的产量。 他们的工作表明,需要 1,000 到 100,000 年才能产生在 默奇森 陨石,研究最多的米盖陨石。

研究中的这张图显示了 CM 母体中 β-丙氨酸(绿色)和 β-丙氨酸(粉色)的计算产量。 顶行显示 (a) CM 球粒陨石母体中预期的伽马射线剂量率,以及丙氨酸和 β-丙氨酸每年的计算产量 (b) 在液相中和 (c) 在整个岩石中。 底行显示 (d) 在 CM 球粒陨石的母体中预期的总伽马射线剂量和计算的丙氨酸和 β-丙氨酸的总产量 (e) 在液相中和 (f) 在整个岩石中。 图片来源:Kebukawa 等人。  2022.
研究中的这张图显示了计算出的 α-丙氨酸(绿色)和 beta-CM 母体中的丙氨酸(粉红色)。 第一行显示 (a) 在 CM 球粒陨石的母体中预期的伽马射线剂量率和丙氨酸和丙氨酸的计算产量 beta- 每年丙氨酸 (b) 在液相中,和 (c) 在整个岩石中。 底行显示 (d) 在 CM 球粒陨石的母体中预期的总伽马射线剂量和计算的丙氨酸和 beta-丙氨酸 (e) 在液相中,(f) 在整个岩石中。 图片来源:Kebukawa 等人。 2022.

在论文的结论中,研究人员解释了他们的结果。 “我们的研究结果表明,在太阳系形成的早期阶段,在小物体内部存在水的情况下,伽马射线可能会从无处不在的简单分子(例如甲醛和氨)中形成氨基酸。” 请注意“可能性”一词的谨慎使用。

“伽马射线诱导的氨基酸产生可能是一种新的益生元氨基酸形成途径,它可能有助于早期地球上生命的起源,因为生命的基石是通过陨石坠落传递的。”

陨石可以将氨基酸带到地球并帮助刺激生命的想法并不新鲜。 但这项研究强化了这一想法,并且是地球上生命这一复杂难题的另一块。

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