編者按:以下文章經許可轉載自The Conversation,這是一份涵蓋最新研究的線上出版物。
科學家分析了來自67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星的最新資料,發現了可以形成糖和氨基酸的分子,而糖和氨基酸是我們所知生命的基石。雖然這距離發現生命本身還很遙遠,但資料表明,最終轉化為地球上生物的有機化合物存在於早期的太陽系中。
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這些結果以兩篇獨立的論文的形式發表在《科學》雜誌上,這些論文基於來自彗星著陸器菲萊上兩個不同儀器的的資料。一篇來自德國領導的彗星取樣與成分分析(COSAC)團隊,另一篇來自英國領導的托勒密團隊。
這些資料最終揭示了歐洲航天局22年前提出的問題。 1993年批准羅塞塔任務的既定目標之一是確定彗星核中揮發性化合物的成分。現在我們有了答案,或者至少是部分答案:這些化合物是許多不同分子的混合物。水、一氧化碳(CO)和二氧化碳(CO2)——這並不太令人驚訝,因為這些分子以前曾在彗星周圍多次被檢測到。但是COSAC和托勒密都發現了範圍非常廣泛的其他化合物,這需要一些努力才能解釋。
在這個階段,我應該宣告我與這項研究有利益關係:我是托勒密團隊的合作研究員,但不是論文的作者。但是托勒密團隊的首席研究員和論文的第一作者是我的丈夫伊恩·賴特。
在明確了這一點之後,我希望讀者相信我不會對一組資料進行猛烈的抨擊,也不會對另一組資料大加讚揚。我將要做的是研究這兩個團隊得出的結論——因為,雖然他們在相似的時間進行了相似的測量,但他們對資料的解釋卻略有不同。這並不是對科學家的批評,而是反映了資料的複雜性和解開質譜的難度。
解讀資料
這兩個儀器是什麼?也許更重要的是,它們究竟分析了什麼?COSAC和托勒密都可以作為氣相色譜儀或質譜儀執行。在質譜模式下,它們可以透過剝離分子的電子並測量所得離子的質量和電荷(質量電荷比,m/z)來識別氣化化合物中的化學物質。在氣相色譜模式下,它們根據混合物中每種成分透過非常長且細的柱到達電離室和檢測器所需的時間,來分離混合物。
無論哪種方式,結果都是質譜圖,顯示化合物混合物如何根據相對於電荷的分子質量(m/z)分離為各個組分。
不幸的是,這項工作並沒有就此結束。如果事情如此簡單,那麼有機化學家很快就會失業。大分子會分解成較小的分子,其特徵性的碎片化模式取決於原始分子中存在的鍵。例如,乙烷 C2 H6 的 m/z 為 30,這在光譜中可見。因此,峰值可能來自乙烷,也可能來自在電離室中分解成乙烷和其他物質的較大分子。
再說一次,它可能來自 CH2O,即甲醛。或者它可能來自多聚甲醛的分解。或者它可能來自其他46種物質中的任何一種,它們的 m/z 為 30。準確地弄清楚它是什麼是一項艱鉅的工作,這也是我僅一年後就放棄有機化學的主要原因——要研究的化合物太多了。
當然,這些團隊並沒有孤立地識別每一個峰,他們考慮了來自碎片化的一系列峰。這在某種程度上有所幫助,因為現在有更多化合物和化合物碎片可以匹配的組合。
那麼,這把我們帶向何方?事實上,我們擁有豐富的成果。各團隊是否達成了相同的結論?某種程度上是的。他們都檢測到了在產生糖的過程中很重要的化合物——糖會進一步形成DNA的“骨架”。他們還都注意到含硫物種的數量非常少,考慮到太陽系中硫的含量以及它很容易融入有機化合物中,這一點很有意思。
新影像顯示了菲萊在彈跳並進行測量時在彗星上的著陸點。
COSAC 團隊認為,含氮物種可能相對豐富,而托勒密發現的較少。這一點很重要,因為氮是生命的基本元素,並且是氨基酸的基本組成部分。相反,托勒密團隊發現了大量的二氧化碳,而 COSAC 沒有檢測到太多。
這些差異可能與取樣位置有關:COSAC 攝取了來自菲萊底部的物質,而托勒密則在頂部嗅探。托勒密是否吸入了彗星氣體,而 COSAC 是否在短暫的著陸過程中被揚起的塵土嗆住了?如果是這樣,那麼這些實驗已經提供了非常互補的資料集。
最重要的是,這兩組資料都表明,生命所需的成分存在於在太陽系歷史早期形成的星體中。彗星充當信使,在整個太陽系傳遞水和塵埃——現在我們已經肯定地知道,生命的成分已經在太陽系 45.67 億年的歷史中廣泛播撒。現在的挑戰是發現它還可能在哪裡紮根。
可以肯定的是,這兩個團隊都希望菲萊-羅塞塔的通訊連結能夠穩定下來,以便他們能夠繼續進行分析。這僅僅是個開始。
莫妮卡·格雷迪,在開放大學工作,是托勒密團隊的合作研究員,也是首席研究員伊恩·賴特教授的妻子,但她不是本文討論的《科學》論文的作者,也沒有參與論文的準備工作。她接受 STFC 的資助,並且是 Lunar Mission One 的受託人。
本文最初發表在The Conversation上。閱讀原文。