生命的关键组成部分之一“氨基酸”在地球上的生命起源之前是如何形成的?

　　测量了两种小行星颗粒的氨基酸丰度，并与它们的岩石成分进行了比较。研究结果表明，水在像Ryugu这样的小行星的巨大前体上氨基酸的形成中起着重要作用。我们的太阳系是由分子云形成的，分子云由释放到星际介质(ISM)中的气体和尘埃组成，星际介质是恒星之间的广阔空间。随着分子云的崩塌，早期的太阳形成了，围绕它的是一个由气体和尘埃组成的大圆盘。尘埃物质碰撞产生了岩石物质，这些物质最终会变大，形成称为星子的大天体。

　　

我们的太阳系是由分子云形成的，分子云由释放到星际介质(ISM)中的气体和尘埃组成，星际介质是恒星之间的广阔空间。随着分子云的崩塌，早期的太阳形成了，围绕它的是一个由气体和尘埃组成的大圆盘。尘埃物质碰撞产生了岩石物质，这些物质最终会变大，形成称为星子的大天体。

在离太阳足够远的地方形成的星子也含有大量的冰。冰由水和其他挥发性化合物组成，如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲醇(CH3OH)和氨(NH3)，以及许多其他有机化合物，可能包括一些氨基酸。最终，由于放射性物质的存在使尸体升温，冰融化了。这段时间的液态水(称为水蚀)使许多反应发生，包括斯特雷克合成和福尔摩糖样反应，其结果是产生新的有机物质，包括氨基酸。同样的过程也使岩石材料从原来的矿物变成了新的次生矿物，如层状硅酸盐、碳酸盐、铁氧化物和铁硫化物。

几百万年后，随着放射性物质的耗尽，星子开始冻结。后来灾难性的碰撞和与太阳系行星的相互作用打碎了大型天体，并将它们的小行星和彗星碎片送到地球附近。从那以后，进一步的撞击事件将这些小行星和彗星的碎片送到了地球表面，在地球的历史过程中为地球提供了大量的有机物质，包括氨基酸。

氨基酸存在于地球上所有生物体内，是蛋白质的组成部分。蛋白质在生物体内的许多过程中都是必不可少的，包括催化反应(酶)、复制遗传物质(核糖体)、运输分子(运输蛋白质)以及为细胞和生物提供结构(例如胶原蛋白)。因此，在地球上生命开始的区域内，氨基酸是需要大量的。

先前的工作已经确定了早期地球和地外环境中可以形成氨基酸的一些可能的设置。有趣的是，大多数氨基酸至少有两种形式，其结构代表彼此的镜像，类似于人的手。因此，它们通常被称为右旋或左旋光学异构体。地球上生命的一个有趣特征是，它在蛋白质中使用一种特殊类型的氨基酸，即左旋光学异构体。目前，已知只有某一类陨石(碳质球粒陨石)含有过量的左旋光学异构体，这导致了生命所使用的氨基酸可能起源于这些陨石的想法。尽管如此，陨石中的氨基酸可能是在融入陨石之前形成的，也可能是在陨石形成之后形成的。

在这里，一组科学家分析了小行星Ryugu的几个碎片，并计算了其中氨基酸的丰度。颗粒中矿物相的丰度先前在另一份出版物中报道过，这使得氨基酸和矿物的丰度进行了比较。研究发现，其中一个粒子(A0022)含有一种在外星物质中不常见的氨基酸，称为二甲基甘氨酸(DMG)，而另一个粒子(C0008)含有的这种氨基酸不超过检测限。与此同时，A0022中甘氨酸的丰度较C0008低，β-丙氨酸的丰度则相反。相应的，A0022 β-丙氨酸与甘氨酸的比值高于C0008。这个比率以前被证明是指示了水蚀变作用于星子的程度。因此，有人假设，与C0008相比，A0022中较高水平的水蚀相关的某些反应可能解释了该颗粒中DMG的高丰度。

因此，研究人员检查了矿物相，以确定是否有任何额外的证据可以证明什么反应可能导致Ryugu颗粒之间不同的氨基酸丰度。结果表明，A0022的碳酸盐岩、磁铁矿、Fe-硫化物等次生矿物丰度高于C0008;特别是，碳酸盐的高丰度表明，与C0008相比，A0022被改变的小行星区域内含有更多的CO或CO2。结合β-丙氨酸与甘氨酸比值的更强烈的水蚀变化的证据，这表明A0022的前体中可能比C0008中存在更多的冰。

商业生产DMG的一种方法是通过Eschweiler-Clarke反应。DMG是人类重要的营养物质。这个反应需要甘氨酸与甲酸和水中甲醛的相互作用，也会产生二氧化碳。甘氨酸、甲醛和甲酸都存在于彗星中，因此可以预计它们会存在于小行星的小行星前体中。因此，如果在A0022前体的水蚀过程中发生了Eschweiler-Clarke反应，则可以解释该颗粒中DMG含量高于C0008，甘氨酸含量低于C0008。此外，产生的二氧化碳可能进一步促进了A0022中碳酸盐的形成。

总的来说，这项研究的结果表明，在星子的水蚀过程中，条件的微小差异可能对氨基酸的末端丰度产生很大影响。一些氨基酸可以被破坏，而另一些则可以被创造，这反过来又会影响地球上生命起源时氨基酸的可用性。

Christian Potiszil, Tsutomu Ota, Masahiro Yamanaka, Chie Sakaguchi, Katsura Kobayashi, Ryoji Tanaka, Tak Kunihiro, Hiroshi Kitagawa, Masanao Abe, Akiko Miyazaki, Aiko Nakato, Satoru Nakazawa, Masahiro Nishimura, Tatsuaki Okada, Takanao Saiki, Satoshi Tanaka, Fuyuto Terui, Yuichi Tsuda, Tomohiro Usui, Sei-ichiro Watanabe, Toru Yada, Kasumi Yogata, Makoto Yoshikawa, Eizo Nakamura. Insights into the formation and evolution of extraterrestrial amino acids from the asteroid Ryugu. Nature Communications, 2023; 14 (1)