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NASA探测外太空氨基酸信号寻找外星生物

美国宇航局报道,近年来科学家一直在积极找寻能够产生蛋白质和酶的有机分子的信号,继而发现可能存在的外星生命。在实验室环境下,科学家已经通过高科技手段模拟宇宙环境,试图确定太空岩石和其它外来天体样本中生命存在的迹象。

美国马里兰州格林贝尔戈美国宇航局戈达德空间飞行中心的工程师斯蒂芬妮·盖蒂(Stephanie Getty)在先进仪器领域进行的开拓性工作使得她被评为戈达德空间飞行中心年度创新人物,并并获得美国宇航局天体生物学科学与技术仪器发展项目提供的120万美元,用于研发天体寒冷表面采样有机物质分析仪(OASIS)。她研发的微型液相色谱-质谱仪能够通过研究外太空星球、小行星和柯伊伯带天体冰冷卫星上的氨基酸分子的“手性(  旋向性)”,进而探测有机分子的信号。

氨基酸

在外太空天体找寻氨基酸分子的研究早在50年前就已经开始,当时科学家在落入地球的小行星残余物,也即陨石中,发现了大量非地球氨基酸存在的痕迹。这项发现彻底改变了天体生物学,让科学家不禁重新思考一个问题:太阳系其它地方,甚至太阳系以外,是否存在其它生命形式?而氨基酸是解答这一问题的关键所在。

作为蛋白质的基本组成模块,氨基酸是生命的主要组成部分,从产生头发和指甲到组成加速或者调节细胞内化学反应的酶。就像26个英文字母可组成无数个英文单词,20种不同的氨基酸的不同排列可形成数百万计不同的蛋白质分子。

氨基酸还具有另一个有趣的特点,尽管它们只存在两种不可重叠的形式——左手和右手,也即“手性”——只有非生物有机体化合物能够使用两种形式。产生生命的氨基酸必须具有同样的手性,这意味着它们只会使用氨基酸分子结构中两种镜像形式中的一种(如图2)。

左手

地球上的生命形式几乎都是左手性,这导致科学家不禁思考,这种倾向性是因为随机过程导致,还是携带左旋氨基酸分子的陨石坠落在地球,最终导致地球生命几乎都是“左撇子”。为了找寻答案,戈达德天体生物学分析实验室的盖蒂与同事研究了富碳陨石以及从狂野2号彗星上收集到的细小微粒。结果发现某些研究的陨石样本中存在大量左旋氨基酸,这表明左旋氨基酸起源于太空,尤其是小行星的环境条件导致左旋倾向更为明显。

问题是,太阳系中其他天体上是否也存在类似现象呢?如果是,那么这些天体存在的氨基酸主要是左旋还是右旋呢?OASIS监测并确定氨基酸分子的手性——也即左旋分子和右旋分子的比率——将成为回答这些问题的关键所在。

OASIS的独特设备

早在1970年代,科学家利用一种名为气相色谱-质谱分析法的技术研究有机化合物,美国宇航就于1976年首次将这种技术应用于前往火星的维京任务。它还被装载在好奇号火星漫游车上,用于戈达德分型中心研发的火星样本分析仪器(SAM)。SAM利用热处理碰撞的岩石样本,随着加热的进行,样本会碎裂释放出气体,SAM的气相色谱-质谱仪可以测量这些气体并确定样本中的有机化合物。尽管这种方法很有效,但是热会导致有机碳变成碎片,从而丢失某些分子信息。为了保存这些细节,SAM发明了一种溶剂抽取的实验,尽管该实验能够检测氨基酸,却无法确定它的手性。

盖蒂带领的研究小组因此专门设计OASIS以提供精确的测量,该设备利用液体取代加热,为样本做准备,随后将其分离,并检测复杂的有机化合物,包括氨基酸的存在。“我们发现液相色谱法结合质谱分析法是目前实验室测量氨基酸分子最敏感最可行的方法。OASIS是我们朝着微型太空飞行设备发展的第一步。”

最终,研究小组希望打造出更轻、低耗能、适合飞行的天体有机化合物探测分析仪,全重不超过11磅,它将比目前我们使用的设备敏感性高100倍,但体积更小更轻量化。

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