生命起源線索藏在“龍宮”中？

唐芳

近日，“首次在地球外確認生命之源存在”的話題登上微博熱搜榜首。據悉，科學家在“隼鳥2號”從3億多公里外的小行星“龍宮”帶回的樣本中發現了氨基酸，包括了異亮氨酸、甘氨酸、丙氨酸等至少23種氨基酸，其中一部分氨基酸更是地球生物蛋白質的組成部分。此外，樣本中還發現了有機大分子以及含氮化合物。

“這是首次在地球以外的天體上發現多種氨基酸。此前，科學家曾在彗星上探測到過一種氨基酸，這表明極有可能是碳質小行星‘龍宮和彗星等這樣的原始小天體，把生命的種子撒向整個太陽系。”中國科學院國家天文臺研究員平勁松對記者表示，此次發現在很大程度上預示著宇宙自然環境中碳基生命是一個必然。

宇宙中的氨基酸是怎么形成的？發現氨基酸能夠證實地外生命的存在嗎？地球生命的起源與之有關嗎？

“龍宮”看起來像一塊初步雕琢的方形鉆石，是一顆直徑約900米的碳質巖石小行星，每474天繞太陽運轉一周。平勁松表示，與其他類型的小行星不同，碳質小行星“龍宮”自40億年前形成以來變化很小，保留了太陽系形成初期的原始狀態。

氨基酸結構不同

我國天體生物學家、香港大學教授李一良對記者說，氨基酸是蛋白質的組成部分，是形成生命密碼系統的基本要素。地球生物的氨基酸組成有且只有22種。

現有研究顯示，氨基酸首次出現在宇宙大爆炸后的1.68億年，至今仍在宇宙中不斷產生。平勁松介紹，太陽系中的氨基酸可能源自星際分子云，主要有兩種形成方式：一是基于離子和分子的化學反應形成;二是紫外光照射到水冰塵埃上形成。前者概率低，后者更為普遍，因為宇宙一直處在極端輻射環境之中。

在美國密蘇里大學華裔教授李愛根看來，“龍宮”上氨基酸的形成，屬于上述第二種情況，“在星際分子云塵埃表面的水冰殼層里，因紫外輻射和宇宙線照射形成”。

具體來說，在宇宙空間星際分子云里，存在大量固體塵埃顆粒。這些塵埃的表面吸附著H原子和O原子，形成OH，接著與H形成H2O水冰。同時，一氧化碳、甲烷、氨、甲醇、甲醛等，也都會被吸附到塵埃的水冰殼層里。最終在紫外光和宇宙射線的作用下發生化學反應，形成氨基酸。當星際分子云塌縮形成太陽系時，氨基酸沉聚在塵埃的水冰殼層里，進入到原行星塵埃盤以及在行星盤里形成的小行星和彗星之中。

宇宙環境復雜多變，氨基酸如何在“龍宮”上存活下來？

李愛根表示，氨基酸一直在塵埃的水冰殼層里，而且也只能是“龍宮”這類碳質小行星才能保存。這是因為其他類型的小行星在太陽系形成過程中，通常會經歷高速、劇烈撞擊，其中的碳物質大都被燒蝕掉了。“‘龍宮很幸運，從一開始就沒有發生劇烈碰撞，其內部的氨基酸得以保留至今。”平勁松稱，宇宙中產生的氨基酸依附于宇宙塵埃，在寒冷的氣體星云中保存了下來，只要不被下一代恒星的誕生和湮滅摧毀，氨基酸就可以一直存在。

可惜的是，包括月球、火星等在內的天體都難以“留住”氨基酸。李一良介紹，由于沒有大氣層的保護，月球表面直接面對來自太陽和銀河系的高能輻射，不利于氨基酸的保存;火星的表面則由于較強的氧化條件而會導致氨基酸快速氧化;由于高溫和強氧化，如今地球的表面條件同樣不適合來自地外的氨基酸的保存。

有趣的是，地球上新生成的氨基酸與宇宙空間的氨基酸有明顯區別。李一良說，地球生命的氨基酸都是左旋手性，而地外天體來源的氨基酸則左旋和右旋各占一半。因此，分析“龍宮”所含氨基酸的結構和組成，將可能為揭示地球生命起源之謎提供關鍵線索。

平勁松也表示，地球上的蛋白質幾乎都是由左旋氨基酸構成，而地球上的核糖核酸中的核糖和脫氧核糖核酸中的脫氧核糖大多是右旋的，這使得蛋白質和核酸能夠獲得穩定的螺旋結構，進而讓生物體得以進化和繁衍。

最原始的材料組成

除了氨基酸，“龍宮”對科學家來說還是個不可多得的“寶藏”天體。

“龍宮”看起來像一塊初步雕琢的方形鉆石，是一顆直徑約900米的碳質巖石小行星，每474天繞太陽運轉一周。平勁松表示，與其他類型的小行星不同，碳質小行星“龍宮”自40億年前形成以來變化很小，保留了太陽系形成初期的原始狀態。

李一良表示，“龍宮”的化學成分與太陽相似，代表了太陽系最原始的材料組成。這些化學成分或曾為地球生命的起源提供最重要的生命要素。換句話說，“龍宮”可能含有數十億年前孕育地球生命的同樣物質。

“‘龍宮上發現氨基酸，加強了由整個太陽系參與地球（和火星）生命形成的觀點。如果能夠確認‘龍宮或其他彗星和小行星中所保存的氨基酸為地球生命起源的初始材料，將結束地球生命起源的（地球）內生理論與地球生命來自宇宙種子的外生理論之間的長期爭論。”李一良說。

“要想確定地球以外氨基酸的成因和結構特征，最好的方式是直接獲取天體樣品。”李一良說。

“一般情況下，糖或核糖以及其他一些有機高分子輻射的指紋——譜線能量，可以被地面望遠鏡觀察到。而氨基酸分子譜線能量較弱，通過望遠鏡光譜感知的方式觀測到的機會更小。”平勁松表示。

有助尋找地外生命

李一良指出，在小行星上發現氨基酸，不等同于發現地外生命。天文學家迄今還沒有確認任何地球以外的生命存在。他強調，目前地球仍然是我們太陽系中唯一擁有生命的星球。

生命與非生命體之間最大的區別在于，擁有以氨基酸為元素的遺傳密碼系統。此外，生命的組成和能量代謝需要蛋白質、脂肪酸和糖類。“在‘龍宮的有機組成中，沒有發現這些物質與氨基酸共生。因此，‘龍宮的氨基酸不能被認為是生物物質殘留。”李一良直言。

平勁松說：“考慮到氨基酸、核苷酸和其他關鍵有機分子等生命主要成分，在地球生命出現之前就已經存在了大約80億—90億年，發現氨基酸還不能簡單地推斷或證實地外生命的存在。不僅如此，從氨基酸到蛋白質，是一個漫長的、仍不能大致確定的宇宙學演化歷程。”

當然，除了氨基酸，科學家還有許多方法在其他星球上尋找生命的蹤跡。李一良說，我們還可以依照地球生物對大氣組成的影響來考慮生命是否存在。比如地球大氣中的氧氣完全是由生物的光合作用產生的，因此是生物成因氣體。如果我們用遙感的方法探測到其他行星大氣存在氧，便可以考慮在其表面有生命存在的可能性。

另外，地球大氣中的甲烷，90%以上是生物成因，產甲烷菌是產生甲烷的主要途徑，因此可以認為行星大氣中的甲烷是產甲烷菌存在的標志，而產甲烷菌又是生命存在的形式之一，這就是為什么最近在火星大氣中探測到甲烷，能夠讓眾多科學家激動不已。

平勁松表示，若想證明地外生命的存在，還有一個與行星保護相矛盾的方式：用其他星球的土壤樣品培養地球的微生物和低等植物，或是把地球微生物和低等生物攜帶到地外天體，利用當地環境培養繁衍。近些年，工程師和科學家已經做過類似的嘗試。

“總的來說，除了對碳質隕石進行檢測、對碳質小行星和彗星探測采樣之外，另一個尋找地外生命的合理思路，依然是推測在類似地球的固體行星表面以下，包括在冰衛星冰層以下，有可能保留著大量的氨基酸和核糖，甚至是生命。”平勁松說。

◎ 來源|科技日報DE4E082A-1B7B-4707-9179-7533D3920AF0