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破解来自天外的生命密码

2009-03-24
生命密码
破解来自天外的生命密码
2009年03月23日 科技日报记者 冯卫东
  陨石研究揭示生命在分子水平上的运作机制

  在3月16日的《美国国家科学院院刊》上,美国国家航空航天局(NASA)的科学家指出,他们在对陨石的成分进行分析后,发现了生命在其最基本分子水平上的运作机制。

  生命氨基酸分子都是左手性

  论文第一作者、NASA戈达德宇航中心的丹尼尔·格拉夫因博士说,太空中产生的氨基酸等生命分子是通过陨石的冲击带到地球上的,这项发现有助于解释为什么生命都是左手性的,也就是说,地球上所有已知生命都只用左手性氨基酸来构建蛋白质。

  蛋白质是主要的生命分子,被用在形成从头发到酶(可帮助加速或调节化学反应)等各种不同结构。正如26个英文字母可组合成无数的单词,生命体采用约20种不同的氨基酸,通过排列组合构筑出数百万种不同的蛋白质。氨基酸分子能以两种方式制造,好比人的左右手,其手性彼此互为镜像。

  尽管从理论上来说,右手性的氨基酸也运行良好,但戈达德宇航中心的杰森·徳沃克金博士提醒说,千万别将其与左手性氨基酸混在一起,一旦这么做,生命就会变成类似炒蛋的东西而变得一团混乱。既然生命无法在左手性和右手性氨基酸同时存在时正常运行,那么是什么使得生命选择了左手性氨基酸而非右手性氨基酸呢?

  外太空分子可能参与了生命起源

  在过去4年里,该研究小组仔细分析了富含碳元素的碳质球粒陨石样本的成分。研究人员发现,在3种类型的碳质球粒陨石中,单就异缬氨酸而言,左手性的比例要比右手性的高出许多。在最常用来研究的默奇森陨石(被认为是某小行星的一部分)中,这个差距更是超过了18%%。格拉夫因表示,在各种陨石中找到了更多的左手性异缬氨酸,这一点支持了外太空的分子可能参与了地球原始生命起源这一假说,即氨基酸被小行星与彗星带到早期的地球,促成了只有基于左手性的蛋白质生命出现在地球上。

  研究人员表示,所有的氨基酸都可以通过化学反应(由辐射或温度供给能量)从左手性转变为右手性,反之亦然。科学家之所以从异缬氨酸入手,是因为此氨基酸可将其手性保持几十亿年之久,且其罕为生命所用,只存于陨石中,所以不太可能受到地球生命的污染。

  格拉夫因介绍说,此次研究的陨石来自于地球形成前,已有超过45亿年的历史。“我们相信造就更多左手性异缬氨酸的相同过程,同样会造就更多其他类型的左手性氨基酸,并可在陨石中被发现,不过这种朝向左手性氨基酸的倾向在其后一段时间内几乎被删除殆尽。”

  该研究小组的发现验证并扩展了10年前由亚利桑那大学研究人员最早提出的研究成果。他们曾率先在默奇森陨石中发现了过量的异缬氨酸。格拉夫因指出,他们使用了不同的技术来寻找这种过量的异缬氨酸,并首次在奥尔盖尔陨石中发现了它的存在,奥尔盖尔陨石属于另一陨石群,据称来自一颗已灭绝的彗星。

  左手性氨基酸形成与水含量有关

  研究小组对于这种过量的情况提出了一种假想模式。因为不同类型的陨石中有着不同的含水量,这是由陨石中找到的黏土和含水矿物的数量来决定的。研究人员发现,在含水量较多的陨石中,左手性异缬氨酸的数量会更多。徳沃克金分析说:“这一发现给我们一个启示,过量左手性氨基酸的形成与水造成的某些改变有关。促成左手性氨基酸数量更多的方法有许多种,这一发现缩小了我们的搜寻范围。”

  研究小组指出,如果朝向左手性的倾向起源于太空,那么在我们太阳系中寻找外星生命的努力会更加困难。即使在太阳系中的任何一处发现外星生命,那也可能是很微小的,因为只有微生物才能在极端环境下生存下来。想要确定微生物是否来自外星,最大的问题是确定其有否被来自地球的微生物所污染。

  如果发现这种生命是基于右手性氨基酸的,就可确定其必定不是来自地球。但是,如果左手性氨基酸始于太空,它就有可能延伸至太阳系,如此,在火星上可能发现的任何生命也将会是左手性的。

  另一方面,如果存在某种机制,可在生命出现之前选择手性,那至少是益生性化学作用在产生生命之前不得不解决的一个问题。如果这一问题已为地球所解决,那在太阳系中的其他地方,例如在火星表面之下,或木卫二、土卫二或土卫六冰冷表层之下的海洋中,这一问题可能也已被解决了。
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本栏目主要介绍生命探索方面,包括生命起源、生命科学、生命现象、人类起源、破解来自天外的生命密码等。特别关注有关人与生命的意义与生命的价值方面的研究。

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