星尘上的肽可能提供了一条通往生命的捷径

数十亿年前，贫瘠的原始地球上的某个未知位置变成了复杂有机分子的大锅，第一批细胞从中出现。生命起源的研究人员提出了无数关于它是如何发生的以及必要的原材料来自哪里的富有想象力的想法。一些最难解释的是蛋白质，这是细胞化学的关键支柱，因为在今天的自然界中，它们完全由活细胞制造。第一种没有生命的蛋白质是如何形成的？

科学家们大多在地球上寻找线索。然而，一项新发现表明，答案可以在天空之外，在黑暗的星际云中找到。

上个月在《自然天文学》杂志上，一群天体生物学家表明，蛋白质的分子亚基肽可以自发形成于飘过宇宙的固体、冷冻的宇宙尘埃颗粒上。理论上，这些肽可以在彗星和陨石内部传播到年轻的地球——以及其他世界——成为生命的一些起始材料。

新论文的主要作者和研究人员Serge Krasnokutski 表示，这种新的基于空间的肽形成机制的简单性和有利的热力学使其成为可能在没有生命的地球上发生的已知纯化学过程的更有希望的替代品。马克斯普朗克天文学研究所和德国弗里德里希席勒大学的研究员。他说，这种简单性“表明蛋白质是参与生命进化过程的第一批分子之一”。

去年在低温物理学中，克拉斯诺库茨基通过一系列计算预测，在太空中可用的条件下，在恒星之间徘徊的极其密集和寒冷的尘埃和气体云中，可能存在一种更直接的制造肽的方法。这些分子云是新恒星和太阳系的托儿所，充满了宇宙尘埃和化学物质，其中最丰富的是一氧化碳、原子碳和氨。

在他们的新论文中，克拉斯诺库茨基和他的同事们表明，气体云中的这些反应可能会导致碳凝结到宇宙尘埃颗粒上，并形成称为氨基烯酮的小分子。这些氨基烯酮会自发连接形成一种非常简单的肽，称为聚甘氨酸。通过跳过氨基酸的形成，反应可以自发进行，而不需要来自环境的能量。

为了验证他们的说法，研究人员通过实验模拟了分子云中的条件。在超高真空室内，他们通过将一氧化碳和氨沉积在冷却至负 263 摄氏度的基板上来模拟宇宙尘埃颗粒的冰冷表面。然后他们将碳原子沉积在冰层的顶部，以模拟它们在分子云中的凝结。化学分析证实，真空模拟确实产生了各种形式的多聚甘氨酸，链长可达 10 或 11 个亚基。

研究人员假设，数十亿年前，当宇宙尘埃粘在一起形成小行星和彗星时，尘埃上的简单肽可能会通过陨石和其他撞击物搭便车到达地球。他们可能在无数其他世界上也做过同样的事情。

从肽到生命的差距

美国宇航局戈达德太空飞行中心的天体生物学家丹尼尔格拉文说，将肽运送到地球和其他行星“肯定会为生命的形成提供一个良好的开端”。但是“我认为从星际冰尘化学到地球上的生命存在很大的飞跃。”

首先，这些肽必须承受它们穿越宇宙的危险，从辐射到小行星内部的水暴露，这两者都会使分子破碎。然后他们必须在撞击行星的影响下幸存下来。 Glavin 说，即使他们完成了这一切，他们仍然需要经历大量的化学进化才能变得足够大，以折叠成对生物化学有用的蛋白质。

有证据表明这已经发生了吗？天体生物学家在陨石中发现了包括氨基酸在内的许多小分子，2002 年的一项研究发现，两颗陨石含有由两种氨基酸组成的极小、简单的肽。但研究人员尚未发现其他令人信服的证据证明陨石或从小行星或彗星返回的样本中存在此类肽和蛋白质，格拉文说。目前尚不清楚太空岩石中几乎完全没有相对较小的肽是否意味着它们不存在，或者我们只是还没有检测到它们。

但克拉斯诺库茨基的工作可以鼓励更多的科学家真正开始在外星材料中寻找这些更复杂的分子，格拉文说。例如，明年 NASA 的 OSIRIS-REx 宇宙飞船有望从小行星 Bennu 带回样本，而 Glavin 和他的团队计划寻找其中一些类型的分子。

研究人员现在正计划测试更大的肽或不同类型的肽是否可以在分子云中形成。克拉斯诺库茨基说，星际介质中的其他化学物质和高能光子可能能够引发更大、更复杂的分子的形成。通过他们独特的实验室窗口进入分子云，他们希望看到肽越来越长，有朝一日，像天然折纸一样折叠成具有潜力的美丽蛋白质。