破解來自天外的生命密碼

2009年03月23日 15:35  科技日報

　　隕石研究揭示生命在分子水平上的運作機制

　　本報記者 馮衛東

　　在3月16日的《美國國家科學院院刊》上，美國國家航空航天局(NASA)的科學家指出，他們在對隕石的成分進行分析后，發現了生命在其最基本分子水平上的運作機制。

　　生命氨基酸分子都是左手性

　　論文第一作者、NASA戈達德宇航中心的丹尼爾·格拉夫因博士說，太空中產生的氨基酸等生命分子是通過隕石的衝擊帶到地球上的，這項發現有助於解釋為什麼生命都是左手性的，也就是說，地球上所有已知生命都只用左手性氨基酸來構建蛋白質。

　　蛋白質是主要的生命分子，被用在形成從頭髮到酶(可幫助加速或調節化學反應)等各種不同結構。正如26個英文字母可組合成無數的單詞，生命體採用約20種不同的氨基酸，通過排列組合構築出數百萬種不同的蛋白質。氨基酸分子能以兩種方式製造，好比人的左右手，其手性彼此互為鏡像。

　　儘管從理論上來說，右手性的氨基酸也運行良好，但戈達德宇航中心的傑森·徳沃克金博士提醒說，千萬別將其與左手性氨基酸混在一起，一旦這麼做，生命就會變成類似炒蛋的東西而變得一團混亂。既然生命無法在左手性和右手性氨基酸同時存在時正常運行，那麼是什麼使得生命選擇了左手性氨基酸而非右手性氨基酸呢？

　　外太空分子可能參與了生命起源

　　在過去4年裡，該研究小組仔細分析了富含碳元素的碳質球粒隕石樣本的成分。研究人員發現，在3種類型的碳質球粒隕石中，單就異纈氨酸而言，左手性的比例要比右手性的高出許多。在最常用來研究的默奇森隕石(被認為是某小行星的一部分)中，這個差距更是超過了18%%。格拉夫因表示，在各種隕石中找到了更多的左手性異纈氨酸，這一點支持了外太空的分子可能參與了地球原始生命起源這一假說，即氨基酸被小行星與彗星帶到早期的地球，促成了只有基於左手性的蛋白質生命出現在地球上。

　　研究人員表示，所有的氨基酸都可以通過化學反應(由輻射或溫度供給能量)從左手性轉變為右手性，反之亦然。科學家之所以從異纈氨酸入手，是因為此氨基酸可將其手性保持幾十億年之久，且其罕為生命所用，只存於隕石中，所以不太可能受到地球生命的污染。

　　格拉夫因介紹說，此次研究的隕石來自於地球形成前，已有超過45億年的歷史。「我們相信造就更多左手性異纈氨酸的相同過程，同樣會造就更多其他類型的左手性氨基酸，並可在隕石中被發現，不過這種朝向左手性氨基酸的傾向在其後一段時間內幾乎被刪除殆盡。」

　　該研究小組的發現驗證並擴展了10年前由亞利桑那大學研究人員最早提出的研究成果。他們曾率先在默奇森隕石中發現了過量的異纈氨酸。格拉夫因指出，他們使用了不同的技術來尋找這種過量的異纈氨酸，並首次在奧爾蓋爾隕石中發現了它的存在，奧爾蓋爾隕石屬於另一隕石群，據稱來自一顆已滅絕的彗星。

　　左手性氨基酸形成與水含量有關

　　研究小組對於這種過量的情況提出了一種假想模式。因為不同類型的隕石中有著不同的含水量，這是由隕石中找到的黏土和含水礦物的數量來決定的。研究人員發現，在含水量較多的隕石中，左手性異纈氨酸的數量會更多。徳沃克金分析說：「這一發現給我們一個啟示，過量左手性氨基酸的形成與水造成的某些改變有關。促成左手性氨基酸數量更多的方法有許多種，這一發現縮小了我們的搜尋範圍。」

　　研究小組指出，如果朝向左手性的傾向起源於太空，那麼在我們太陽系中尋找外星生命的努力會更加困難。即使在太陽系中的任何一處發現外星生命，那也可能是很微小的，因為只有微生物才能在極端環境下生存下來。想要確定微生物是否來自外星，最大的問題是確定其有否被來自地球的微生物所污染。

　　如果發現這種生命是基於右手性氨基酸的，就可確定其必定不是來自地球。但是，如果左手性氨基酸始於太空，它就有可能延伸至太陽系，如此，在火星上可能發現的任何生命也將會是左手性的。

　　另一方面，如果存在某種機制，可在生命出現之前選擇手性，那至少是益生性化學作用在產生生命之前不得不解決的一個問題。如果這一問題已為地球所解決，那在太陽系中的其他地方，例如在火星表面之下，或木衛二、土衛二或土衛六冰冷表層之下的海洋中，這一問題可能也已被解決了。