生命如何来到地球——量子机械隧道效应可能发挥作用
Serge Krasnokutski 博士研究真空中低温下生物分子的形成。图片来源：Jens Meyer/耶拿大学
弗里德里希席勒大学耶拿和马克斯普朗克天文学研究所的研究小组发现了肽可能来自外星的线索。
弗里德里希席勒大学耶拿分校和马克斯普朗克天文学研究所的研究人员通过证明肽可以在外太空普遍存在的条件下在尘埃上形成，发现了寻找生命起源的新线索。这些分子是所有生命的基本组成部分之一，因此可能根本不是起源于我们的星球，而是可能起源于宇宙分子云。
氨基酸链
我们所知道的所有生命都由相同的化学构件组成。其中包括肽，它们在体内执行各种完全不同的功能——运输物质、加速反应或在细胞中形成稳定的支架。肽由以特定顺序排列的单个氨基酸组成。确切的顺序决定了肽的最终特性。
这些多用途的生物分子是如何形成的，是生命起源的问题之一。例如，在流星体中发现的氨基酸、核碱基和各种糖类表明，这种起源在自然界中可能是外星人。然而，要从单个氨基酸分子形成肽，需要非常特殊的条件，以前认为这些条件更有可能存在于地球上。
第一步需要水，而第二步必须没有水
耶拿大学马克斯普朗克天文学研究所天体物理学和星团物理实验室小组的 Serge Krasnokutski 博士说：“水在生成肽的传统方式中起着重要作用。” 在这个过程中，单个氨基酸结合形成一条链。为此，每次都必须去除一个水分子。“我们的量子化学计算现在表明，氨基酸甘氨酸可以通过一种称为氨基乙烯酮的化学前体与水分子结合形成。简而言之：在这种情况下，第一步反应必须加水，第二步必须除去水。”
有了这些知识，由物理学家 Krasnokutski 领导的团队现在已经能够证明可以在宇宙条件下发生并且不需要水的反应途径。
“我们不想走形成氨基酸的化学弯路，而是想找出是否不能形成氨基烯酮分子并直接结合形成肽，”Krasnokutski 描述了这项工作背后的基本思想。他补充说：“我们是在宇宙分子云中普遍存在的条件下做到这一点的，也就是说，在真空中的尘埃颗粒上，相应的化学物质大量存在：碳、氨和一氧化碳。”
在一个超高真空室中，作为尘埃颗粒表面模型的基板与碳、氨和一氧化碳在正常气压的万亿分之一和零下 263摄氏度下混合在一起。
“研究表明，在这些条件下，肽聚甘氨酸是由简单的化学物质形成的，”Krasnokutski 说。“因此，这些是非常简单的氨基酸甘氨酸链，我们观察到不同的长度。最长的样本由十一个氨基酸单位组成。”
在这个实验中，德国团队还能够检测到疑似氨基乙烯酮。“反应可以在如此低的温度下发生的事实是由于氨基乙烯酮分子具有极强的反应性。它们在有效聚合中相互结合。其产物是聚甘氨酸。”
量子力学隧道效应可能起作用
“然而，在这种条件下，氨基乙烯酮的聚合反应如此容易发生，这让我们感到惊讶，”Krasnokutski 说。“这是因为实际上必须克服能量障碍才能发生这种情况。然而，量子力学的特殊效应可能会帮助我们做到这一点。在这个特殊的反应步骤中，一个氢原子改变了它的位置。然而，它是如此之小，以至于作为一个量子粒子，它无法克服障碍，而是能够通过隧道效应简单地越过它。”
既然很明显在宇宙条件下不仅可以产生氨基酸，而且可以产生肽链，我们在研究生命起源时可能不仅要关注地球，还要更多地关注太空。
参考资料：
SA Krasnokutski, K.-J 的“通过原子碳凝聚在空间中形成肽的途径”。Chuang、C. Jäger、N. Ueberschaar 和 Th。亨宁，2022 年 2 月 10 日，自然天文学。
DOI: 10.1038/s41550-021-01577-9