科学家重现生命的积木商业运营

2018-05-16

来自美国宇航局艾姆斯研究中心的科学家们首次证明,他们可以在空间中发现的条件下,在实验室中非生物地制造尿嘧啶,胞嘧啶和胸腺嘧啶,RNA和DNA的全部三种组分。 EM>

美国宇航局研究生命起源的科学家在实验室中再现了尿嘧啶,胞嘧啶和胸腺嘧啶,这是我们遗传物质的三个关键组成部分。他们发现含有嘧啶的冰样在类空间条件下暴露于紫外线辐射下会产生这些生命的基本成分。

嘧啶是由碳和氮组成的环状分子,是尿嘧啶,胞嘧啶和胸腺嘧啶的中心结构,它们都是核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)中发现的遗传密码的三部分。 RNA和DNA是蛋白质合成的核心,但也有许多其他作用。

“我们已经首次证明,我们可以在太空中发现的条件下,在实验室中非生物地制造尿嘧啶,胞嘧啶和胸腺嘧啶,RNA和DNA的所有三种组分,”美国宇航局艾姆斯研究所研究科学家Michel Nuevo说。 Center,Moffett Field,California。 “我们表明,这些模拟外层空间条件的实验室过程可以使地球上有生命的有机体使用几个基本的构建模块。”

将冰样品沉积在室中的冷(约-430°F)基材上,在其中用来自氢灯的高能量紫外(UV)光子照射。轰击光子破坏冰中的化学键并将冰分子分解成碎片,然后再结合形成新的化合物,如尿嘧啶,胞嘧啶和胸腺嘧啶。

NASA埃姆斯科学家多年来一直模拟星际空间和太阳系外部的环境。在此期间,他们研究了一类被称为多环芳烃(PAHs)的富含碳的化合物,这些化合物已经在陨石中被发现,并且是宇宙中观测到的最常见的富碳化合物。多环芳烃通常是基于几个六碳环的结构,类似融合的六角形或一块鸡丝。

分子嘧啶存在于陨石中,尽管科学家们仍然不知道它的来源。它可能类似于富含碳的多环芳烃,因为它可能在死亡的巨型红色恒星的最后爆发中形成,或者形成在密集的星际气体和尘埃云中。

“嘧啶等分子在其环结构中含有氮原子,这使得它们有点懦弱。作为一个不太稳定的分子,与其他没有氮的分子相比,它更容易受到辐射的破坏,“埃姆斯空间科学研究员斯科特桑福德说。 “我们想测试嘧啶是否可以在太空中存活,以及它是否会发生反应,使其变成更复杂的有机物种,如核碱基尿嘧啶,胞嘧啶和胸腺嘧啶。”

理论上,研究人员认为,如果嘧啶分子能够存活足够长的时间以迁移到星际尘埃云中,他们可能能够保护自己免受破坏性辐射。一旦进入云层,大多数分子就会凝结成尘埃颗粒(就像在冬天,呼吸中的水分凝结在寒冷的窗户上一样)。

这些云层足够密集,可以筛选出大部分周围外部的空间辐射,从而为云层内的分子提供一些保护。

科学家们在艾姆斯天体化学实验室测试了他们的假设。在他们的实验过程中,他们将包含嘧啶的冰样暴露在类空间条件下的紫外线辐射下,包括非常高的真空度,极低的温度(约-430°F)和强烈的辐射。

他们发现,当嘧啶在大部分由水组成的冰块中冷冻时,还有氨气,甲醇或甲烷,它们不易受到辐射的破坏,而不像在空气中处于气相时那样。许多分子没有被破坏,而是呈现出新的形式,如RNA / DNA组分尿嘧啶,胞嘧啶和胸腺嘧啶,这些成分在地球上所有生物体的基因组成中都有发现。

“我们正试图解决形成这些分子的空间机制。考虑到我们在实验室中所做的工作,暴露于紫外线辐射的冰的化学反应可能是空间发展和早期发展过程中落在地球之间的重要连接步骤,“NASA埃姆斯的另一位研究人员Christopher Materese说。一直在做这些实验。

“没有人真正了解地球上的生活是如何开始的。我们的实验表明,一旦地球形成,许多生命构建块就可能从一开始就存在。由于我们正在模拟普遍的天体物理条件,所以在形成行星的任何地方都是如此,“桑福德说。

帮助完成一些研究的其他团队成员是位于马里兰州Greenbelt的NASA戈达德太空飞行中心的三名NASA科学家Jason Dworkin,Jamie Elsila和Stefanie Milam。

该研究由美国宇航局天体生物学研究所(NAI)和美国宇航局太阳系统计划的资助。 NAI是一个由竞争性选择的团队组成的虚拟分布式组织,它与国家和国际科学界一起整合和资助天体生物学研究和培训计划。

资料来源:艾姆斯研究中心Ruth Marlaire

图片:美国宇航局/多米尼克哈特