生命的基石氨基酸可以在恆星未形成前出現

一組國際科學家團隊證明，最簡單的氨基酸（glycine）和重要的生命組成部分甘氨酸（amino acid）可以在太空的惡劣條件下形成。研究發現甘氨酸以及很可能的其它的氨基酸早在密集的星際雲中形成，然後轉化為新的恆星和行星。

彗星是太陽系中最原始的物質，反映了太陽和行星即將形成時存在的分子組成。在楚留莫夫－格拉希門克彗星（67P / Churyumov-Gerasimenko）的彗髪中以及從星塵任務返回地球的樣品中檢測到甘氨酸的現象證明，氨基酸（例如甘氨酸）早於恆星形成。但是直到最近，人們仍認為甘氨酸的形成需要能量，這對可形成甘氨酸的環境設定了明確的限制。

在這項新的研究中，位於荷蘭萊頓（Leiden）天文台的的天體物理實驗室的國際天體物理學家和天化學模型團隊，他們發現，在沒有能量的情況下，甘氨酸可以通過黑暗化學（dark chemistry）在冰冷的塵埃顆粒表面形成。這個發現與先前的研究相矛盾，前者認為產生該分子需要紫外線輻射。

倫敦大學瑪麗王后學院的塞爾吉奧·約波羅博士（Sergio Ioppolo）說：「黑暗化學是指不需要高能輻射的化學。在實驗室中，我們能夠模擬暗星際雲中冷塵埃的情況。顆粒被薄薄的冰層覆蓋，隨後通過撞擊原子進行處理，從而導致前體物質碎裂，反應性中間體重新結合。」

科學家首先顯示，過程中會形成甲胺（methylamine），這是在彗星67P彗髪中發現的甘氨酸的前體物質。然後，使用獨特的超高真空設置，配備一系列原子束線和精確的診斷工具，他們能夠確認也可以形成甘氨酸，並且在此過程中必須存在水冰（water ice）。

使用天體化學模型進行的進一步研究證實了實驗結果，研究人員可以將僅一天的典型實驗室時間尺度上獲得的數據外推到星際條件，從而跨越數百萬年。負責建立研究模型的荷蘭奈梅亨拉德堡德大學（Radboud University, Nijmegen）的赫瑪·庫彭（Herma Cuppen）教授團隊發現，隨著時間的流逝，太空中會形成大量小規模聚集的甘氨酸。

萊頓天文台天體物理實驗室主任哈羅德·林納茨（Harold Linnartz）說：「這項工作的重要結論是，生命的構成要素的分子已經在恆星和行星形成開始之前的某個階段就形成。在恆星形成區域的進化中甘氨酸的這種早期形成意味著該氨基酸可以在太空中更普遍地形成，並在包含在彗星和小行星中的冰塊中得以保留，而彗星和小行星才是最終構成行星物質製的製造者。」

約波羅博士總結道：「甘氨酸一旦形成，也可以成為其它復雜有機分子的前體。按照相同的機理，原則上可以向甘氨酸主鏈中添加其它功能組件，從而在太空中的黑暗星雲中形成其它氨基酸，例如丙氨酸（alanine）和絲氨酸（serine）。最後，這種含有豐富的有機分子庫存是像彗星一樣包含在天體中，並像我們的地球和許多其它行星一樣，將有機分子傳送到年輕的行星。」

【圖、文：節譯自倫敦大學瑪麗王后學院2020年11月17日新聞公佈】研究全文刊登在2020年11月16日出版的《自然-天文學》期刊