宾夕法尼亚州立大学的科学家领导的一项新研究表明，贝努小行星上的至少部分氨基酸可能起源于太阳系早期极端寒冷、具有放射性的条件下。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，这些氨基酸可能通过不同于科学家传统假设的过程形成，且形成条件比预期的要严苛得多。
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："我们的结果颠覆了我们对小行星中氨基酸形成方式的传统认知。现在看来，这些生命基石可以在许多条件下形成，而不仅仅是在存在温暖液态水的情况下。我们的分析表明，这些氨基酸的形成途径和条件存在更多多样性。"
同位素分析揭示甘氨酸起源
研究人员使用了少量贝努样本，大约一茶匙的量。他们利用经过特殊改造的仪器测量了同位素，即原子质量的细微差异。这些微小的变化可以揭示分子形成的方式和地点。
研究团队重点关注了最简单的氨基酸——甘氨酸。甘氨酸是一个小的双碳分子，在生物学中起着基础性作用。氨基酸通过链式连接形成蛋白质，而蛋白质执行生物体中几乎所有基本功能，从构建细胞到驱动化学反应。
由于甘氨酸可以在多种化学条件下形成，科学家通常将其用作早期前生物化学的标志物。它在小行星和彗星中的存在支持了这样一种观点：生命的某些原材料是在太空中产生，后来被运送到地球的。
挑战温水理论
多年来，对甘氨酸形成方式的主要解释是一个被称为斯特雷克合成法的过程。在该反应中，氰化氢、氨以及醛类或酮类在液态水中结合。该模型表明氨基酸是在相对温和、富含水的环境中形成的。
然而，来自贝努的同位素证据指向了不同的方向。数据显示，其甘氨酸可能并非形成于温暖的液态水中，而是在年轻太阳系外围区域暴露于辐射下的冰冻冰中形成的。
巴钦斯基说："在宾夕法尼亚州立大学，我们拥有经过改造的仪器，可以对极低丰度的有机化合物（如甘氨酸）进行同位素测量。如果没有技术的进步和对专门仪器的投入，我们永远不会有这个发现。"
比较贝努与默奇森陨石
科学家们长期以来一直在研究富含碳的陨石中的氨基酸，包括1969年落在澳大利亚的著名默奇森陨石。为了更好地理解贝努的化学性质，宾夕法尼亚州立大学的研究团队将其氨基酸与在默奇森陨石中发现的氨基酸进行了比较。
比较结果揭示出了重要差异。默奇森陨石中的氨基酸似乎是在包含液态水和中等温度的环境中形成的。这种条件可能存在于该陨石的母体上，也存在于早期地球上。
"氨基酸如此重要的原因之一是我们认为它们在地球生命起源中扮演了重要角色，"宾夕法尼亚州立大学地球科学系博士后研究员、该论文的共同第一作者奥菲莉·麦金托什说。"真正令人惊讶的是，贝努中的氨基酸显示出与默奇森陨石截然不同的同位素模式，这些结果表明贝努和默奇森陨石的母体可能起源于太阳系中化学性质不同的区域。"
关于镜像分子的新问题
这项研究还揭示了一个令人费解的结果。氨基酸以两种镜像形式存在，类似于左手和右手。科学家们此前预期这两种成对形式具有相同的同位素特征。
然而，在贝努的样本中，谷氨酸的两种镜像版本却含有截然不同的氮值。为什么化学上相同的镜像形式会显示出如此不同的氮特征仍然未知，研究人员计划进一步调查。
"我们现在的问题比答案还多，"巴钦斯基说。"我们希望可以继续分析一系列不同的陨石，研究它们的氨基酸。我们想知道它们是否仍像默奇森和贝努那样，或者可能存在更多样的条件和途径来创造生命基石。"
其他宾夕法尼亚州立大学的合著者包括：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；以及宾夕法尼亚州立大学埃文·普格大学地球科学教授凯瑟琳·弗里曼。
该论文的其他作者包括：来自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·埃尔西拉；以及罗文大学、美国自然历史博物馆、亚利桑那大学月球与行星实验室的小哈罗德·C·康诺利，和亚利桑那大学月球与行星实验室的但丁·S·劳雷塔。