新的分析方法论：用于揭示火星及海洋行星上的生物特征

《Analytical Chemistry》：New Analytical Methodology to Reveal Biosignatures on Mars and Ocean Worlds

　　本研究开发并验证了一种新型非靶向气相色谱-质谱联用检测方法，通过单步化学反应优化温度和时间条件（如DMF-DMA 300°C 1-3min），有效提取并减少污染，适用于火星及海洋世界类地环境中的生物分子（如氨基酸、脂肪酸）和C、O、N、S化合物检测。

　　

地球上的模拟环境及其微生物群落是探索可能存在或仍然可能存在生命所需（生物）化学条件的地外行星环境的关键要素。对这些模拟环境的分析可以揭示以下信息：（i）由已知生命产生的生物分子；（ii）可能与古代生命相关的、可能被保存下来的生物分子（例如脂质）。我们开发并验证了一种新的非靶向检测方法，该方法既适用于实验室研究，也适用于基于太空的实地研究，通过气相色谱-质谱联用技术（GC–MS）来提取和检测生物分子及生物特征。该方法采用一种一锅法反应，利用化学试剂增强有机物的提取和挥发效果。该研究的创新之处在于通过选择合适的反应温度和时间来提取更广泛的有机分子，从而确定了非标准样品的最佳制备条件：（i）DMF-DMA在300°C下处理1–3分钟；（ii）MTBSTFA在150°C下处理1–15分钟；（iii）TMAH在600°C下处理1–30秒。首先，我们通过研究两种极端微生物纯培养物（古巴蓝细菌Chroococcidiopsis cubana和嗜盐古菌Halobacterium salinarum）在模拟环境（美国干燥的Pilot Valley沙漠和冰岛的Gunnuhver温泉）中的存在情况来验证该方法的有效性。这些环境分别被视作火星和可能存在海洋的行星表面的模拟对象。研究结果表明，与传统的多步骤提取和纯化方法相比，这种非靶向方法能够有效防止有机物的损失和污染，从而为“好奇号”火星探测器在火星上的探索工作提供有力支持。该方法既可以在便携式GC–MS设备中现场使用，也可以通过太空探测仪器应用，用于检测地质基质中含量极低的（生物）分子（如氨基酸、羧酸/脂肪酸、醇/糖、核酸等）以及含碳、氧、氮、硫的化合物，其检测灵敏度可达万亿分之一（ppt）。