研究人員在從近地小行星Bennu收集的前所未有的樣本中檢測到了生命所必需的有機化合物和礦物質(zhì)，這為小行星可能在地球歷史早期就為地球提供了生命的組成部分這一觀點提供了更多證據(jù)。這些樣本還為了解太陽系早期太空巖石混亂地彈跳時已經(jīng)在進行什么樣的化學(xué)和生物過程提供了一個窗口。

對過去一年發(fā)布的巖石和塵埃樣本的初步分析表明，這顆小行星含有水以及碳、氮和其他有機物，但有機材料的化學(xué)成分在很大程度上是未知的。位于馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心負(fù)責(zé)樣本返回的高級科學(xué)家 Daniel P. Glavin 博士說，現(xiàn)在，新的研究表明，這顆小行星包含許多生命的化學(xué)組成部分，例如氨基酸和DNA中的成分。

“這一切都非常令人興奮，因為它表明，像本努這樣的小行星曾經(jīng)在太空中充當(dāng)巨大的化工廠，也可能將生命的原材料輸送到地球和我們太陽系中的其他天體，”格拉文說。他是周三發(fā)表在《自然天文學(xué)》（Nature Astronomy）雜志上的一項樣本研究的主要作者。

此外，周三發(fā)表在《自然》雜志上的另一篇論文的作者在本努的巖石中發(fā)現(xiàn)了對生命至關(guān)重要的鹽和礦物質(zhì)，包括一些以前從未在小行星樣本中見過的鹽和礦物質(zhì)，并強調(diào)了古代水對小行星的作用。

美國宇航局科學(xué)任務(wù)理事會副局長尼基·福克斯（Nicky Fox）說，周三在美國宇航局新聞發(fā)布會上分享的這兩篇論文的結(jié)果提出了一項“開創(chuàng)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)”。

“這兩篇論文齊頭并進地表明，本努是一個比我們六個月前認(rèn)為的要有趣和復(fù)雜得多的地方，”《自然》研究的共同第一作者、史密森尼國家自然歷史博物館（Smithsonian's National Museum of Natural History）的隕石館長蒂姆·麥考伊（Tim McCoy）博士說。

Bennu是一種富含碳的太空巖石，被稱為碎石堆小行星。科學(xué)家們認(rèn)為，Bennu曾經(jīng)是一顆更大的“母”小行星的一部分，該小行星因撞擊而失去了幾塊碎片。然后，那些被炸掉的碎片聚結(jié)在一起，就像一堆巖石碎石，在重力的作用下微弱地固定在一起。

該樣本于2020年10月由美國宇航局一個名為OSIRIS-REx 或起源、光譜解釋、資源識別和安全風(fēng)化層探測器的任務(wù)從Bennu收集。這標(biāo)志著美國首次派遣航天器在小行星上短暫降落并收集物質(zhì)。隨后，OSIRIS-REx航天器在2023年9月掠過地球時從太空艙上掉下來，將其送入猶他州的沙漠。

一組研究人員小心翼翼地取回了太空艙，并確保里面的樣本保持原始狀態(tài)，并完全密封，不受任何可能污染外星巖石和塵埃并可能扭曲其特性分析的地球大氣和環(huán)境的影響。

當(dāng)科學(xué)家們意識到膠囊中含有兩倍于預(yù)期儲存的材料時，他們感到非常興奮，這些物質(zhì)大約有120克，大約是一塊肥皂的重量。樣本被分成并與世界各地的研究人員共享。

格拉文和他的團隊在他們研究的Bennu樣品中檢測到了數(shù)千種有機分子化合物，包括33種氨基酸。氨基酸或結(jié)合形成蛋白質(zhì)的分子是生命的一些組成部分。格拉文說，研究人員發(fā)現(xiàn)了生物學(xué)中用于構(gòu)建蛋白質(zhì)的20種氨基酸中的14 種，以及19種非蛋白質(zhì)氨基酸，其中許多在已知生物學(xué)中很少見或根本不存在。

該團隊還檢測到腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶、胸腺嘧啶和尿嘧啶——所有五個生物核堿基，或構(gòu)成DNA和RNA遺傳密碼的成分。

“這些有機分子以前都在隕石中發(fā)現(xiàn)過，但與隕石相比，Bennu樣本是原始的，并且在進入大氣層和暴露于陸地污染期間受到保護，不會受到加熱，”格拉文說，“因此，我們現(xiàn)在有更高的信心，這些生命的化學(xué)組成部分實際上是起源于外星的，是在太空中形成的，而不是來自地球的污染物。”

格拉文的團隊還在樣本中發(fā)現(xiàn)了富含氮和氨的化合物，這表明Bennu是大約45億年前在太陽系寒冷、遙遠(yuǎn)的地區(qū)形成的一顆更大的小行星的一部分。格拉文說，氨對許多生物過程都是必不可少的。

氨冰離熱源（如太陽）越遠(yuǎn)，它就越穩(wěn)定。研究人員認(rèn)為，富含氨的冰在直徑超過100公里的大型母小行星體內(nèi)融化，在巖石內(nèi)部形成了一個液體環(huán)境，可以形成復(fù)雜的有機分子，例如氨基酸和核堿基。

麥考伊說：“研究隕石35年后，這些隕石記錄了我們太陽系歷史上的前五億年，這些隕石被板塊構(gòu)造和火山活動以及地球上的水循環(huán)所抹去。我以為我們要了解太陽系最早的地質(zhì)歷史。我們最終發(fā)現(xiàn)了很多關(guān)于我們太陽系最早的生物學(xué)歷史的信息，這很了不起。”

麥考伊的團隊包括來自四大洲的66名研究人員，他們發(fā)現(xiàn)Bennu或其更大的母行星上的水蒸發(fā)時留下的鹽分和礦物質(zhì)。礦物質(zhì)包括磷酸鈉、碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物和氟化物，其中一些是生命形成所必需的。

該團隊驚訝地發(fā)現(xiàn)了礦物trona，也稱為碳酸鈉或純堿，從未在其他小行星或隕石中直接觀察到過。在地球上，它被用于清潔產(chǎn)品和玻璃制造。

麥考伊說，研究人員認(rèn)為，Bennu的母小行星表面淌著水袋或水脈，這可能類似于太陽系早期的一個大泥球。這顆小行星的裂縫和裂縫使水蒸發(fā)到表面，留下濃鹽水，或“元素湯”。

這種濃縮的鹽水類似于地球上干涸湖床的咸殼，是鹽和礦物質(zhì)混合并形成更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的地方，為有機化合物的形成奠定了基礎(chǔ)。

“我們現(xiàn)在從Bennu那里知道，生命的原始成分正在Bennu的母體上以非常有趣和復(fù)雜的方式結(jié)合在一起，”麥考伊說，“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了通往生命之路的下一步。但我們不知道這種環(huán)境可以讓事情在這條道路上走多遠(yuǎn)。”

行星科學(xué)家對鹽水感興趣，因為它們可能是支持生命形成的環(huán)境。它們也有可能存在于我們太陽系的其他地球上，包括海洋世界，例如土星的冰冷衛(wèi)星土衛(wèi)二，其中也含有碳酸鈉。

水、礦物質(zhì)、鹽和氨基酸的存在表明，生命的組成部分有可能以有趣的方式在Bennu上聚集在一起，但格拉文表示，需要更多的研究來確定有機化合物是如何在太空巖石上形成和進化的。

麥考伊說，許多礦物的晶體結(jié)構(gòu)中夾有少量水，因此研究人員可能能夠了解鹽水的成分如何隨著時間的推移而變化，這可以清楚地了解蒸發(fā)水中發(fā)生了什么。

樣品呈現(xiàn)的謎團之一是氨基酸的混合物。氨基酸具有旋性，這意味著它們可以以兩個鏡像版本產(chǎn)生，就像一雙手一樣。在地球上，生命會產(chǎn)生左旋氨基酸，因此格拉文希望看到這一點反映在Bennu樣本中——但它包含兩者的相等混合物，這表明氨基酸可能始于地球上。現(xiàn)在，格拉文和他的同事們想知道為什么地球上的生命“向左轉(zhuǎn)”而不是向右轉(zhuǎn)。

格拉文指出，樣本中發(fā)現(xiàn)的材料組合表明，生命的化學(xué)組成部分在整個太陽系中廣泛存在，這提供了強有力的證據(jù)，證明轟擊早期地球的小行星可能已經(jīng)將水和有機物質(zhì)輸送到地球表面。

但麥考伊說，這一理論提出了一個問題，即這種拯救生命的轟炸是否曾成功發(fā)生在太陽系的任何其他行星上。格拉文說，還有一個謎題是，鑒于所需的大部分原材料都存在，為什么生命沒有在Bennu內(nèi)部形成。

“也許是因為在咸液體在母體中蒸發(fā)之前，沒有足夠的時間來完成生命更復(fù)雜的有機化學(xué)需求，”格拉文說，“未來對太陽系中其他天體的任務(wù)對于尋找地球上生命如何起源的答案以及我們在其他地方尋找生命至關(guān)重要。”