奥尔胡斯大学的科学家们推翻了一项关于生命必需成分如何形成的长期假设。新的实验表明，构建蛋白质所需的基本成分可以在太空中自然形成，这一发现增加了宇宙其他地方存在生命的可能性。
这项研究在奥尔胡斯大学的先进实验室以及位于匈牙利的一个欧洲研究机构（HUN-REN Atomki）进行。实验由研究员塞尔吉奥·约波洛（Sergio Ioppolo）和阿尔弗雷德·托马斯·霍普金森（Alfred Thomas Hopkinson）领导。
重现星际空间的极端条件
在一个专门设计的腔室内，研究人员重现了距离地球数千光年的广阔宇宙尘埃云中所存在的恶劣环境。这些区域是宇宙中最寒冷、最空旷的地方之一。
这类尘埃云中的温度可达约-260°C，压力极低，以至于研究人员必须不断清除杂散气体粒子以维持超高真空。在这些精心控制的条件下，团队研究了粒子暴露于辐射时的行为，这与真实星际空间中发生的情况高度吻合。
“我们从早期的实验中已经知道，像甘氨酸这样的简单氨基酸是在星际空间中形成的。但我们感兴趣的是，在尘埃颗粒参与恒星和行星形成之前，像肽这样更复杂的分子是否会在其表面自然形成，”塞尔吉奥·约波洛说。
从氨基酸到蛋白质前体
肽是单个氨基酸连接在一起形成的短链。当许多肽键合时，它们就形成了蛋白质，而蛋白质是我们所知生命所必需的。确定这些蛋白质前体的起源地点和方式是理解生命可能如何开始的关键一步。
为了测试这一过程，研究人员将甘氨酸放入腔室，并使用HUN-REN Atomki的离子加速器使其暴露于模拟的宇宙射线中。随后，他们分析了随之发生的化学反应。
“我们看到甘氨酸分子开始相互反应，形成肽和水。这表明同样的过程发生在星际空间中，”阿尔弗雷德·托马斯·霍普金森说。“这是蛋白质在尘埃颗粒上被创造出来的一步，而这些尘埃颗粒正是后来形成岩石行星的相同材料。”
作为化学工厂的恒星形成云
约波洛、霍普金森和他们的同事专注于恒星之间的巨大尘埃云，因为这些区域是新太阳系诞生的地方。几十年来，科学家们认为只有非常简单的分子才能在这些环境中形成。
“我们过去认为，只有非常简单的分子才能在这些云中产生。当时的理解是，更复杂的分子形成得要晚得多，是在气体开始聚集成一个最终成为恒星的圆盘之后，”塞尔吉奥·约波洛解释道。“但我们已经证明，情况显然并非如此。”
这种认知上的转变表明，与生命相关的关键分子在整个宇宙中的分布远比之前认为的要广泛。
对地球外生命的意义
随着星际尘埃云的坍缩，它们最终会形成恒星和行星。在这个过程中，微小的化学构建模块可以被输送到新形成的岩石行星上。
“最终，这些气体云会坍缩成恒星和行星。一点一点地，这些微小的构建模块会降落在新形成太阳系内的岩石行星上。如果这些行星恰好位于宜居带，那么生命出现的真实可能性就存在，”塞尔吉奥·约波洛说。
“话虽如此，我们仍然不完全清楚生命是如何开始的。但像我们这样的研究表明，生命所需的许多复杂分子是在太空中自然产生的。”
普遍存在的化学过程
乍一看，从简单氨基酸形成肽似乎只是一个小步骤。然而，将氨基酸连接在一起的化学反应在任何地方都遵循相同的基本规则，这使得这一发现尤为重要。
“所有类型的氨基酸都通过相同的反应键合成肽。因此，其他肽也很可能在星际空间中自然形成，”霍普金森说。“我们还没有研究这一点，但我们未来很可能会这样做。”
寻找生命的其他成分
蛋白质只是图景的一部分。生命还依赖于膜、核碱基和核苷酸。这些成分是否也能在太空中自然形成，仍然是一个悬而未决的问题。
由丹麦国家研究基金会资助的星际催化中心的研究人员正在继续探索这些可能性。
“这些分子是生命的一些关键构建模块，”合著者、星际催化中心负责人利夫·霍内克（Liv Hornekær）教授解释道。“它们可能积极参与早期的前生命化学，催化导致生命诞生的进一步反应。”
“还有很多有待发现，但我们的研究团队正致力于尽可能多地回答这些基本问题，”塞尔吉奥·约波洛说。“我们已经发现，许多生命的构建模块是在那里形成的，我们未来可能会发现更多。”
