当我们仰望星空思考生命起源时，答案可能就隐藏在那些漆黑寒冷的星际尘埃云中。奥胡斯大学的科学家在实验室里重现了距地球数千光年外的极端环境，结果令人震惊：蛋白质的基本单元肽，竟然能在零下260摄氏度的冰冷真空中自发形成。这意味着生命所需的复杂分子，可能早在行星诞生之前就已经存在于宇宙的各个角落。
这项发表在《自然天文学》上的研究，彻底改变了我们对生命化学起源的传统认知。
极寒真空中的化学奇迹
塞尔吉奥·伊奥波罗和阿尔弗雷德·托马斯·霍普金森领导的研究团队，在奥胡斯大学和匈牙利原子能研究中心的超高真空实验室中，搭建了一个特殊的密封舱。这个装置能够模拟星际分子云内部的极端条件：温度接近绝对零度，压力低到几乎不存在气体分子。
图中展示了星际介质表面甘氨酸的分布情况，该表面受到宇宙射线轰击，产生肽（蛋白质的基本组成单元）。图片来源：阿尔弗雷德·托马斯·霍普金森。星图改编自近红外相机拍摄的宇宙悬崖图像——美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）和太空望远镜科学研究所（STScI）。
研究人员将最简单的氨基酸甘氨酸置于模拟的星际尘埃表面，然后用离子加速器产生的高能粒子束轰击它，模拟宇宙射线的作用。宇宙射线是来自太空的高能带电粒子，它们无时无刻不在穿越星际空间，与遇到的一切物质发生相互作用。
实验结果超出了预期。在宇宙射线的轰击下，甘氨酸分子开始自发连接，形成肽键并释放出水分子。肽是由两个或多个氨基酸连接而成的短链，而许多肽进一步连接就构成了蛋白质。这个过程在地球生物体内需要复杂的酶来催化，但在深空的冰冷表面，仅仅依靠宇宙射线的能量就能自然发生。
"我们观察到甘氨酸分子开始相互反应，形成肽和水，"霍普金森解释说。这表明星际空间中也存在同样的反应过程，而尘埃颗粒正是后来构成岩质行星的物质来源。
颠覆传统的生命前奏曲
长期以来，天体化学家认为星际分子云中只能形成非常简单的分子，如水、氨、甲醇等小分子。人们普遍相信，像肽这样相对复杂的生物分子，只有在气体开始凝聚成原行星盘，温度和压力条件改善之后才可能形成。
但这项新研究打破了这一观念。伊奥波罗强调："我们已经证明，事实并非如此。"复杂的生物分子前体可以在恒星形成之前的黑暗寒冷环境中就已经存在。
背景中，副教授塞尔吉奥·伊奥波罗（左）和博士后阿尔弗雷德·托马斯·霍普金森（右）正在讨论实验方案。前景中，两个超高真空室用于研究星际介质条件下的反应。图片来源：奥胡斯大学西格内·基尔克耶博博士
这一发现的意义在于，它将生命化学的起点大大提前了。在太阳系形成之初，那些漂浮在原始星云中的微小尘埃颗粒表面，可能早已覆盖着一层薄薄的有机分子薄膜。当这些尘埃颗粒逐渐聚集，最终形成岩质行星时，这些宝贵的生命前体物质就被带到了行星表面。
星际催化中心负责人利夫·霍内克尔教授指出，这些分子可能积极参与早期生命起源前的化学反应，催化进一步的反应，最终导致生命的出现。如果一颗新生的岩质行星恰好位于宜居带，拥有液态水和适宜的温度，那么这些从太空降落的生命组成部分就有机会启动更复杂的生物化学演化。
宇宙中遍布生命的种子
位于匈牙利原子能研究所（Atomki）的超高真空冰室，用于天体物理-天体化学实验。该冰室曾用于利用高能质子处理甘氨酸。图片来源：Béla Sulik，匈牙利原子能研究所（HUN-REN Institute for Nuclear Research，简称Atomki）。
这项研究还揭示了一个更深层的含义：构成生命的化学反应具有普遍性。连接氨基酸形成肽的化学机制在宇宙任何地方都是相同的。这意味着，不仅甘氨酸能够在太空中形成肽，其他类型的氨基酸很可能也在经历着同样的过程。
"所有类型的氨基酸都通过相同的反应结合成肽，"霍普金森说。因此，其他肽很可能也在星际空间中自然形成，研究团队计划在未来进行更多相关实验。
当然，蛋白质并非生命体所需的唯一组成部分。细胞膜、核碱基和核苷酸同样不可或缺。这些物质能否在太空中自然形成，目前还是一个开放性问题。但这项研究至少证明，生命的一些关键要素确实能够在行星形成之前就存在于宇宙中。
近年来的天文观测也为这一理论提供了支持。科学家在陨石样本中发现了多种氨基酸，日本隼鸟2号探测器从小行星龙宫带回的样本中同样检测到了氨基酸的存在。这些证据表明，有机分子在太阳系形成早期就已经广泛存在，而它们很可能起源于更早的星际阶段。
伊奥波罗对未来充满信心："我们已经发现，许多生命的基本组成部分都存在于宇宙中，未来我们很可能会发现更多。"这项研究不仅加深了我们对生命起源的理解，也提升了在宇宙其他角落发现生命的可能性。毕竟，如果生命的原材料在太空中随处可见，那么生命本身可能也并非地球所独有。
热门跟贴