一项新的研究提示着核糖--RNA中的“R”--可能存在于在太阳系中穿梭的彗星和小行星,而且可能在整个宇宙中比之前所认为的更加大量的存在。相关研究结果发表在2016年4月8日那期Science期刊上,论文标题为“Ribose and related sugars from ultraviolet irradiation of interstellar ice analogs”。
这项发现不仅对研究地球上的生命起源,而且对理解在我们的星球外可能存在多少生命,产生影响。
科学家们已知道生命所需的几种分子包括氨基酸、碱基以及其他能够通过彗星冰块与太空辐射之间的相互作用制造出来。但是,在此之前,组成RNA分子骨架的核糖一直让人难以捉摸。
美国太空总署(NASA)艾姆斯研究中心天体化学家Andrew Mattioda(未参与这项研究)说,这项新的研究填补了其中的另一个难题。
他说,“如果生命所需的所有这些分子在太空中到处存在,那么在地球外发现生命的情况将会变得更好。”
RNA的全称是核糖核酸,是地球上生命所需的三种大分子之一,另外两种是DNA和蛋白。
很多科学家认为RNA要比DNA更加古老,而且认为在DNA出现之前,一种“RNA世界”就已存在于地球。然而,作为RNA中的一种关键组分,核糖仅在特殊条件下形成,而且科学家们说,在生命进化出之前,这些条件在我们的星球上并不存在。因此,首批RNA链上的核糖来自何处呢?
为了观察这种分子是否可能由小行星和彗星带到地球上,法国研究人员在一家法国实验室中再次重建早期太阳系中的条件,以便观察核糖是否可能在太空中容易制造出。
他们首先利用水、甲醇和氨开展研究,这是因为这些分子在太阳系初始形成时在太阳周围形成的原行星盘(protoplanetary disk)中大量存在,而且也在整个宇宙的气体云中大量存在。这些分子被放在真空中,然后冷却到80开尔文(即华氏-328度)。
由此形成的冰块随后加热到室温,这会导致挥发性分子升华,留下薄膜材料。
论文共同通信作者、法国尼斯大学化学家Uwe Meierhenrich说,“这只是模拟彗星冰块,但并不模拟彗尘埃颗粒。”
这项实验花了大约6天时间完成,结果在实验室中制造出仅仅100微克人造彗星冰渣。
在此之前,世界各地的实验室已上百次制造出人造彗星冰块,但是科学家不曾有方法在这些样品中检测到诸如核糖之类的糖分子。
论文共同通信作者、尼斯大学科学家Cornelia Meinert解释道,这些实验不仅制造出糖分子和糖相关分子,而且也制造出氨基酸、羧酸和醇。
她说,“我们面对着一种非常复杂的含有大量不同分子的样品。因此,鉴定单个化合物是非常困难的。”
Meinert说,直到她所在的研究团队能够使用一种被称作多维气相色谱(multidimensional gas chromatography)的新技术时,他们才能够在这些样品中全部检测到核糖。
研究人员说,他们制造出的冰块样品可能在太阳系的其他地方也容易地制造出。
Meinert说,“我们模拟的冰块产生是一种非常普遍的过程,它能够在分子云中发生,也能够在原行星盘中发生。它证实这种潜在的首个遗传物质(编者注:通常指RNA和DNA,但这里指RNA)的分子构件(如氨基酸和碱基等,这里指核糖)在星际环境中大量存在。”
在美国太空总署艾姆斯研究中心对彗星冰块开展过类似研究的Scott Sandford(未参与这项研究)说,将糖类物质放入太空中能够制造的分子列表是理解生命中的哪些构件也可能在其他的世界中被用来培育生命的一个重要步骤。
他说,“迄今为止,因为这些构件在星球上的生命开始中发挥作用,所以情形很可能就是它们存在于星球上,并提供帮助。”