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天文新知

地球上的關鍵生命基石真的來自宇宙深處嗎?科學家說:是!

地球上的所有生物都需要有機體和能量才能進行複製工作。沒有這些最基礎的生命基石,地球上的這些生物體將不復存在,甚至根本不可能出現。然而,生物學家迄今仍對生命基石其中一個關鍵組成—磷酸鹽(phosphate)所知甚少。夏威夷大學馬諾分校(University of Hawaii at Mānoa)Andrew Turner等人研究指出:他們找到有利的新證據,能證明這個這個關鍵組成應該是在外太空產生,而後在形成後的最初10億年,經由隕石或彗星傳遞至地球,這些磷化合物逐漸與地球上生物細胞中的生物分子融合,最終形成今日所見的狀況。

Comet 67P/Churyumov-Gerasimenko [Credit ESA/Rosetta/NAVCAM]

Turner等人認為:在分子生物學中的生命基石裡,磷酸鹽和二磷酸(diphosphoric acid)是兩個最重要也最必要的成分。它們是染色體裡的主要組成,而染色體是由DNA組成,而DNA裡攜帶基因訊息。和細胞膜中的磷脂(phospholipid)和細胞中負責運輸能量的三鄰酸腺苷(adenosine triphosphate)一起,這些要素出現在所有收物體中,形成自我複製的材料。

Turner等人複製並模擬包覆著二氧化碳和水的星際冰粒,在夏威夷大學馬諾分校的凱克天文化學研究實驗室(W.M. Keck Research Laboratory in Astrochemistry)裡,有個冷卻至絕對溫度5K(約攝氏零下268度)的極度真空室(vacuum chamber)進行實驗。這些冰粒和膦(phosphine,磷化氫)遍及各個低溫分子雲。當曝露在以高能電子模擬成宇宙射線的電離輻射中時,如磷酸(phosphoric acid)和二磷酸等多種磷含氧酸(phosphorus oxoacid)都能經由所謂的非平衡化學反應(non-equilibrium reaction)合成。
Surface science setup in UH Manoa's W.M. Keck Research Laboratory in Astrochemistry.

在地球上,膦對生命體是致命的化合物;但在星際介質中,奇特的膦化學反應卻可促進稀有的化學反應途徑,促使諸如磷的含氧酸等生物相關分子的形成,最終誘發現今所知的生命分子的演化。

這些科學家表示:藉由結合雷射、質譜儀(mass spectrometer)和氣體色譜儀(gas chromatographs)的複雜分析方式,他們最終得以在實驗中偵測到了磷含氧酸。這種化合物也可以在像67P/Churyumov-Gerasimenko這樣的彗星所含有的冰中形成,彗星含有磷源,科學家相信這些應該就是來自於膦。Turner等人表示:這項分析技術也可以應用在偵測爆炸物和藥品的微量元素的工作中。

既然彗星含有至少部分太陽系原行星盤(protoplanetary disk)的殘餘物質,這些化合物便能追溯至太陽系形成之前的星際介質時期,當時的星際冰粒中有著足夠的膦可應付後來誕生生命基石所需的化學反應。

經由隕石或彗星傳遞至地球上後,這些磷含氧酸可能已經應用在地球的益生元(prebiotic)磷化學中了。因此,如果能瞭解這些含氧酸的合成過程,對解開水溶性益生元磷化合物的來源是非常必要的事,也可藉此瞭解在地球和宇宙中其他類似可形成生命體的地方,它們可能是如何被合併成生物體的。簡單的說,就是說不定就能解開生命由何而來的千古之謎?
 
資料來源:University of Hawaiʻi

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