研究人员在从近地小行星贝努(Bennu)采集的前所未有的样本中检测到了生命所需的有机化合物和矿物质,为小行星很可能在地球历史早期就向我们的星球输送了生命的基石这一观点增添了证据。

这些样本还为我们提供了一个窗口,让我们了解在太阳系诞生的早期,当太空岩石四处乱撞时,化学和生物过程已经开始了。

对去年公布的岩石和尘埃样本进行的初步分析表明,这颗小行星含有水以及碳、氮和其他有机物,但有机物的化学成分在很大程度上是未知的。






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位于马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心负责样本送回的高级科学家丹尼尔-格拉文(Daniel P. Glavin)博士说,现在,新的研究发现这颗小行星含有许多生命的化学组成元素,如氨基酸和DNA中的成分。

“格拉文是今天发表在《自然-天文学》(Nature Astronomy)杂志上的关于这些样本的研究报告的第一作者。

此外,今天发表在《自然》(Nature)杂志上的另一篇论文的作者还在贝努的岩石中发现了对生命至关重要的盐分和矿物质,其中包括一些以前从未在小行星样本中见过的物质–这也凸显了远古时期的水在小行星上发挥的作用。

美国国家航空航天局(NASA)科学任务局副局长尼基-福克斯(Nicky Fox)在周三举行的新闻发布会上分享了这两篇论文的成果,他说,这是一项 “开创性的科学发现”。

“自然》研究报告的共同第一作者、史密森尼国家自然历史博物馆陨石馆馆长蒂姆-麦考伊博士说:”这两篇论文共同表明,贝努是一个更有趣、更复杂的地方,甚至比我们六个月前对它的评价还要高。

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贝努是一块富含碳的太空岩石,被称为碎石堆小行星。

科学家认为,贝努曾经是一颗更大的小行星 “母体 “的一部分,由于撞击,母体失去了一些碎片。

然后,这些被炸飞的碎片就像一堆在重力作用下无力聚在一起的碎石一样,凝聚在了一起。

2020年10月,美国国家航空航天局的一项名为OSIRIS-REx(即起源、光谱解读、资源识别和安全-岩石探测器)的任务从贝努采集了样本。

这标志着美国首次派遣航天器在小行星上短暂着陆并收集材料。

随后,OSIRIS-REx 航天器在 2023 年 9 月掠过地球时扔下了一个太空舱,使其跳伞落入犹他州沙漠。

一组研究人员小心翼翼地取回太空舱,确保里面的样本保持原生态,完全密封,防止地球大气和环境污染外星岩石和尘埃,以免影响对其特性的分析。

当科学家们意识到胶囊中的物质储量是预期储量的两倍,约为 120 克,也就是一块肥皂的重量时,他们感到非常兴奋。

样本被分割开来,与全球各地的研究人员共享。

格拉文和他的团队在研究的贝努样本中检测到数千种有机分子化合物,包括33种氨基酸。氨基酸,即结合成蛋白质的分子,是生命的组成部分。

格拉文说,研究人员发现了生物学中用于构建蛋白质的 20 种氨基酸中的 14 种,以及 19 种非蛋白质氨基酸,其中许多氨基酸在已知生物学中是罕见或不存在的。

研究小组还检测到了腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶–所有这五种生物核碱基,即组成 DNA 和 RNA 中遗传密码的成分。

“格拉文说:”这些有机分子以前都曾在陨石中发现过,但与陨石不同的是,贝努样本是原生态的,在进入大气层和受到地面污染的过程中没有受到加热的影响。

“因此,我们现在有了更大的信心,相信这些生命的化学构件实际上源自外星,是在太空中形成的,而不是来自地球的污染物”。

格拉文的研究小组还在样本中发现了富含氮和氨的化合物,这表明贝努是一颗更大的小行星的一部分,这颗小行星形成于大约45亿年前,位于太阳系寒冷而遥远的地区。

Glavin 说,氨对许多生物过程都至关重要。

氨冰离太阳等热源越远就越稳定。研究人员认为,富含氨的冰在直径估计超过 100 公里的大型小行星母体内部融化,在岩石内部形成了液态环境,使氨基酸和核碱基等复杂的有机分子得以形成。

“麦考伊说:”我研究陨石已有35年,这些陨石记录了太阳系最初5亿年的历史,而这些历史被地球上的板块构造、火山活动和水循环所抹去。

“我以为我们会了解太阳系最早的地质历史。结果我们发现了很多关于太阳系最早生物史的信息,这太了不起了”。

麦考伊的团队包括四大洲的66名研究人员,他们发现了贝努或其较大母小行星上的水蒸发后留下的盐和矿物质。

矿物质包括磷酸钠、碳酸盐、硫酸盐、氯化物和氟化物,其中一些是形成生命所必需的。

研究小组惊讶地发现了一种矿物 trona,也被称为碳酸钠或纯碱,这种矿物从未在其他小行星或陨石中被直接观测到过。

在地球上,它被用于清洁产品和玻璃制造。

麦考伊说,研究人员认为,贝努的母小行星表面下有水袋或水脉流动,它可能类似于太阳系早期的一个大泥球。

小行星上的裂缝和断裂使水蒸发到地表,留下了浓缩的盐水或 “元素汤”。

这种浓盐水类似于地球上干涸湖床的盐壳,盐分和矿物质可以在这里混合,形成更复杂的结构,为有机化合物的形成创造条件。

“麦考伊说:”我们现在从’贝努’号上了解到,生命的原始成分在’贝努’号的母体上以非常有趣和复杂的方式结合在一起。

“我们发现了通往生命之路的下一步。但我们不知道在这条道路上,这个环境能让事物发展到什么程度。”

行星科学家对盐水很感兴趣,因为它们可能是支持生命形成的环境。

它们也可能存在于太阳系中的其他世界,包括海洋世界,如土星的冰质卫星恩克拉多斯(Enceladus),它也含有碳酸钠。

水、矿物质、盐和氨基酸的存在表明,生命的构成要素有可能在贝努星球上以有趣的方式结合在一起,但格拉文说,要确定有机化合物是如何在这块太空岩石上形成和进化的,还需要进行更多的研究。

麦考伊说,许多矿物的结晶结构中都夹杂着少量的水,因此研究人员也许能够了解盐水的成分是如何随着时间的推移而发生变化的,这样就能清楚地了解蒸发的水中发生了什么。

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样品中的一个谜团是氨基酸的混合物。

氨基酸具有 “手性”,这意味着它们可以像一双手一样有两个镜像版本。

在地球上,生命产生左旋氨基酸,因此格拉文期望在贝努样本中看到这一点–但它含有两种氨基酸的等量混合物,这表明氨基酸在地球上很可能是以两种氨基酸的形式开始的。

现在,格拉文和他的同事们想知道为什么地球上的生命会 “向左转 “而不是向右转。

格拉文指出,样本中发现的物质组合表明,生命的化学构件在整个太阳系都很普遍,这有力地证明了轰击早期地球的小行星可能向地球表面输送了水和有机物质。

麦考伊说,但这一理论提出了一个问题:太阳系中的其他行星上是否也曾成功地发生过这种传递生命的轰击?

格拉文说,还有一个谜题是,既然贝努体内存在所需的大部分原料,为什么生命没有在贝努体内形成呢?

“格拉文说:”也许是因为在母体中的咸液体蒸发之前,没有足够的时间进行生命所需的更复杂的有机化学反应。

“未来前往太阳系其他天体的任务对于寻找地球生命起源的答案以及我们在其他地方寻找生命至关重要”。

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作者 AT