“生命”如何來到地球上?科學家:透過量子力學的隧道效應

“生命”如何來到地球上?科學家:透過量子力學的隧道效應

來自耶拿弗里德里希-席勒大學和馬克斯-普朗克天文學研究所的研究人員發現了一條尋找生命起源的新線索,他們表明,在諸如外太空普遍存在的條件下,“肽”可以在灰塵上形成。肽分子是所有生命的基本組成部分之一,因此可能不是起源於地球,而是起源於宇宙分子云。

我們所知的所有生命都由相同的化學構件組成。其中包括肽,它們在體內執行各種完全不同的功能——運輸物質,加速反應等。肽由按特定順序排列的單個氨基酸組成。確切的順序決定了肽的最終屬性。

關於這些多功能的生物大分子是如何產生的,這是關於生命起源的問題之一。例如,在流星體中發現的氨基酸、核鹼和各種糖類,表明這種起源可能是地外性質的。然而,要從單個氨基酸分子中形成肽,需要非常特殊的條件,而這些條件以前被認為更可能存在於地球上。

科學家說:“水在肽的傳統生成方式中發揮著重要作用。在這個過程中,單個氨基酸結合成一條鏈。要做到這一點,每次必須去除一個水分子。量子化學計算現在已經表明,氨基酸可以透過一種化學前體——稱為氨基酮——與一個水分子結合而形成。”

有了這些知識,研究團隊現在已經能夠證明一個可以在宇宙條件下進行且不需要水的反應途徑。

科學家在描述這項工作的基本思路時說:“我們不想走形成氨基酸的化學彎路,而是想弄清楚是否可以用氨基酮分子代替,並直接結合形成肽。而且我們是在宇宙分子云中普遍存在的條件下進行的,也就是說在真空中的塵埃粒子上,那裡有大量的相應化學物質:碳、氨和一氧化碳。”

在一個超高真空室中,在正常氣壓的約四百萬億分之一和零下263攝氏度的條件下,作為塵埃粒子表面模型的基質與碳、氨和一氧化碳被組合到一起。

研究顯示,在這些條件下,多肽聚甘氨酸由簡單的化學物質形成。因此這些是非常簡單的氨基酸甘氨酸的鏈。

在這個實驗中,德國團隊還能夠檢測到可疑的氨基酮。該反應能在如此低的溫度下發生,是因為氨基酮類分子極其活躍。它們在聚合中相互結合,產生了聚甘氨酸。

研究員表示:“儘管如此,氨基酮的聚合能在這樣的條件下如此容易地發生,這讓我們感到驚訝。因為要發生這種情況,實際上必須要克服一個能量障礙。然而,我們在這方面得到了量子力學的一個特殊效應的幫助。在這個特殊的反應步驟中,一個氫原子改變了它的位置。由於它是如此之小,作為一個量子粒子,它不能克服障礙,而只是能夠穿過它,可以說是透過隧道效應。”

現在很清楚,不僅氨基酸,而且肽鏈也能在宇宙條件下產生,因此在研究生命的起源時,可能不僅要把目光投向地球,還要更多地投向太空。

該研究論文題為“A pathway to peptides in space through the condensation of atomic carbon”,已發表在

Nature Astronomy

期刊上。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文:https://www。nature。com/articles/s41550-021-01577-9

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