小行星貝努樣本改寫了生命起源的故事

美國賓夕法尼亞州立大學的最新研究顯示，來自小行星“貝努”（Bennu）的微量塵埃樣本正在改變科學界對生命基本組成如何在宇宙中形成的傳統認知。研究團隊在這顆約有46億年歷史的小行星巖石中確認存在多種氨基酸，這些樣本由美國宇航局（NASA）的“OSIRIS-REx”探測器在2023年成功采集并帶回地球，證實了生命的基礎原料確實廣泛存在于地外天體之上。然而，這些分子究竟通過怎樣的化學途徑在太空中誕生，此前一直是懸而未決的問題。

發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上的新成果指出，“貝努”樣本中部分氨基酸并非按照科學界長期假定的方式形成。研究顯示，它們很可能誕生于極端寒冷、輻射強烈的冰質環境之中，而不是在存在溫暖液態水的環境里生成。這一結論意味著，生命“積木”——氨基酸的形成條件，比過去想象的要寬松和多樣得多，宇宙中可能有更多看似嚴酷的角落，依然具備孕育生命原料的潛力。

論文的共同第一作者、賓州州立大學地球科學系助理研究教授艾莉森·巴欽斯基（Allison Baczynski）表示，這一發現“顛覆了我們對小行星上氨基酸生成方式的傳統看法”，表明氨基酸并不局限于在溫暖含水環境中形成，而是能在多種不同路徑和條件下誕生。

為了揭開“貝努”塵埃中化學成分的秘密，研究團隊僅使用了約“一茶匙”的珍貴樣本，并依托特制儀器對其中的同位素組成展開精細分析。這些儀器能夠測量元素原子質量中極微小的差異，為追蹤化學反應歷史提供“指紋”線索。此次分析的重點放在最簡單的氨基酸——甘氨酸（glycine）上，這種僅由兩個碳原子構成的分子被視為追溯前生命化學的重要標志物。

氨基酸可以連接形成蛋白質，而蛋白質幾乎參與了所有生物功能，從搭建細胞結構到催化化學反應無所不包。甘氨酸結構簡單、生成途徑多樣，因此如果在彗星或小行星上發現它，往往會強化這樣一種設想：生命最初的一部分化學原料，可能早在行星形成之前就已在星際空間中合成，并通過隕石和塵埃輸送到年輕的地球表面。

在過去的主流模型中，科學家普遍認為氨基酸主要通過所謂“斯特雷克合成”（Strecker synthesis）生成：氫氰酸、氨以及醛或酮在液態水環境中發生反應，從而形成氨基酸分子。然而，“貝努”的樣本給出的同位素特征卻指向另一條截然不同的道路。研究人員發現，這些甘氨酸的同位素比例與經典水相化學路徑不符，更符合在低溫冰層中、在強烈輻射照射下經歷復雜反應所產生的結果，暗示它們可能起源于早期太陽系外側冰冷區域。

巴欽斯基指出，賓州州立大學對分析儀器進行了專門改造，使其具備在極低豐度有機物中測定同位素的能力；若沒有這一技術突破，這次發現很可能根本無法實現。參與研究的團隊成員包括地球科學教授克里斯托弗·豪斯（Christopher House）、“伊萬·普格大學教授”凱瑟琳·弗里曼（Katherine Freeman）、博士后研究員奧菲莉·麥金托什（Ophélie McIntosh）以及地球科學博士生米拉·馬特尼（Mila Matney）等。

為了進一步理解“貝努”上氨基酸的獨特性，研究人員將其與著名的墨爾本郡隕石——莫奇森隕石（Murchison）中的氨基酸進行了對比。莫奇森隕石于1969年墜落在澳大利亞，一直是研究碳質隕石中有機分子的“標桿”樣本。對比顯示，兩者之間存在鮮明差異：莫奇森隕石中的氨基酸同位素特征表明，它們更可能形成于有液態水、溫度相對溫和的環境，這樣的條件既可能在隕石母體上存在，也與早期地球上的環境相似。

麥金托什指出，氨基酸之所以至關重要，是因為科學界普遍認為它們在地球生命起源過程中扮演了核心角色。此次研究發現，“貝努”樣本中的氨基酸與莫奇森隕石中氨基酸的同位素模式截然不同，這表明它們的母體天體很可能誕生于化學環境彼此差異巨大的太陽系區域。這進一步強化了一個觀點：早期太陽系內部存在多種不同化學“生態位”，為生命原料的生成提供了多元舞臺。

研究還拋出了新的謎題。氨基酸分子通常存在兩種互為鏡像的“手性”形式，類似人類的左手和右手。人們本以為，這兩種鏡像分子在同位素上應當表現出相似特征。然而在這次分析中，“貝努”樣本中一種名為谷氨酸（glutamic acid）的氨基酸，其左右手性形式在氮同位素組成上出現了顯著差異。為何化學上幾乎完全相同、僅在空間構型上鏡像的分子，會留下如此不同的同位素“簽名”？這一問題目前尚無答案。

科學家們認為，弄清這種差異背后的原因，可能為我們理解生命構件在太陽系各處的生成與演化，打開新的窗口。巴欽斯基坦言，目前“問題比答案更多”，團隊計劃繼續分析更多不同來源的隕石樣本，檢驗它們的氨基酸是否呈現類似莫奇森和“貝努”的差異，或者會展現出更加多樣的形成途徑和環境。

這項研究由包括NASA新前沿計劃（資助“OSIRIS-REx”任務）在內的多個項目提供經費支持，并得到美國宇航局哥達德太空飛行中心的相關科研合作項目以及CRESST II伙伴計劃的資助。合作者還包括NASA哥達德太陽系探索部門的多位科學家，以及羅文大學、美國自然歷史博物館和亞利桑那大學月球與行星實驗室的研究人員，其中“OSIRIS-REx”首席研究員但丁·勞雷塔（Dante S. Lauretta）亦在作者之列。

總體而言，“貝努”塵埃樣本所揭示的，是一個比想象中更加“寬容”的宇宙：在遠離恒星、冰冷而充滿輻射的空間深處，生命基石也可以悄然成形。這一認識不僅拓展了人類對地外生命可能性的想象，也為“我們從何而來”這一根本問題，增添了全新的視角。