早期太陽系是如何形成和演化的？地球上的生命又是如何起源的？

近日，在三篇新發(fā)表的論文中，三個研究團隊在分析了從OSIRIS-REx（起源-光譜-資源-安全-風(fēng)化層探測器）任務(wù)采集到的貝努小行星樣本后，為解答這一系列重大問題提供新的線索。

貝努是一顆直徑約500米的近地“碎石堆”小行星，可能是由一顆更大的母體小行星在劇烈碰撞中被打碎后形成的碎片重新聚集而成。貝努的母體小行星由太陽星云中的物質(zhì)聚集而成，內(nèi)部包含多種礦物和冰。（圖/NASA/Goddard/University of Arizona）

生命必需的糖

在一項發(fā)表于《自然·地球科學(xué)》中，研究人員在貝努樣本中發(fā)現(xiàn)了兩種對地球生命至關(guān)重要的糖類：核糖和葡萄糖，其中葡萄糖是首次在地外樣本中被發(fā)現(xiàn)。

盡管這些糖類本身并不能作為生命存在的證據(jù)，但結(jié)合此前在貝努樣本中檢測到的氨基酸、核堿基和羧酸，這些發(fā)現(xiàn)共同表明：構(gòu)成生物分子的基本“積木”在整個太陽系中曾廣泛存在。

對于地球生命而言，脫氧核糖和核糖分別是DNA和RNA的關(guān)鍵組成部分。DNA是細胞中遺傳信息的主要載體；RNA則承擔(dān)著多種功能，沒有RNA，我們所熟知的生命將無法存在。RNA中的核糖構(gòu)成了分子的糖-磷酸主鏈，將一串?dāng)y帶遺傳信息的堿基連接在一起。

此前，已經(jīng)有科學(xué)家在OSIRIS-REx帶回的貝努樣本中，發(fā)現(xiàn)了構(gòu)成DNA和RNA的五種堿基以及磷酸鹽。而此次核糖的發(fā)現(xiàn)意味著，構(gòu)成RNA分子的全部關(guān)鍵成分，在貝努中都已備齊。

在小行星樣本中發(fā)現(xiàn)核糖并非完全出乎意料。此前，科學(xué)家已在兩塊墜落到地球的隕石中檢測到核糖。而值得注意的是，研究人員并沒有在貝努樣本中發(fā)現(xiàn)脫氧核糖。脫氧核糖是DNA的關(guān)鍵成分，它的缺失意味著，如果貝努是具有代表性的小行星，那么在早期太陽系的環(huán)境中，與RNA相關(guān)的核糖可能比脫氧核糖更為常見。

研究團隊在小行星貝努樣本中，發(fā)現(xiàn)了對生命至關(guān)重要的糖類——核糖（ribose）和葡萄糖（glucose）。這一發(fā)現(xiàn)是建立在此前已在貝努樣本中發(fā)現(xiàn)的堿基、磷酸鹽以及氨基酸的基礎(chǔ)上取得的，進一步表明生命所需的分子原料可能是通過隕石被輸送到早期地球的。（圖/NASA/Goddard/University of Arizona/Dan Gallagher）

這樣的結(jié)果為“RNA世界”假說提供了支持，根據(jù)這一假說：最早的生命形式主要依賴RNA來存儲信息，并驅(qū)動生存所必需的化學(xué)反應(yīng)。

神秘而古老的“太空口香糖”

在另一項發(fā)表于《自然·天文學(xué)》上的研究中，研究人員在貝努樣本中發(fā)現(xiàn)了一種此前從未在太空巖石中見過的“口香糖”物質(zhì)。這種令人驚訝的物質(zhì)很可能形成于太陽系的早期階段，當(dāng)時貝努年輕的母體小行星正逐漸升溫。

研究團隊隨后開展了一系列實驗，以系統(tǒng)研究這種材料的性質(zhì)。證據(jù)表明，這種奇怪的物質(zhì)是以層狀形式沉積在小行星中的冰粒和礦物顆粒表面。

而這種物質(zhì)還具有柔韌性，甚至軟塑料般的可塑特征。在處理樣品的過程中，研究人員注意到，當(dāng)施加壓力時，這種材料會彎曲并產(chǎn)生凹陷。這種物質(zhì)呈半透明狀態(tài)，其化學(xué)組成也顯示出與地球上聚氨酯相似的化學(xué)基團，因此被研究團隊形象地稱為一種“太空塑料”。

由 OSIRIS-REx 任務(wù)帶回地球的小行星貝努的一枚微觀顆粒，正在透射電子顯微鏡下被操控。為便于對該碎片進行進一步分析，研究人員首先在其表面加固了細薄的鉑條（顆粒表面的 “L” 形結(jié)構(gòu)），隨后焊接上一根鎢制微針以移動這枚微小顆粒。該小行星碎片的尺度約為30微米。（圖/NASA/University of California, Berkeley）

不過，這種物質(zhì)并非真正意義上的聚氨酯——一種結(jié)構(gòu)高度有序的聚合物。這種物質(zhì)的分子連接方式更加“隨機”，而且不同顆粒之間的元素組成也存在差異。

通過追溯遙遠過去在小行星內(nèi)部發(fā)生的變化，研究人員不僅能夠更深入地認識太陽系的早期演化，還能揭示生命所需的前體與分子原料如何在像本努這樣的小行星推動下，被散布到太陽系各處。

豐富的超新星塵埃

在另一篇發(fā)表在《自然·天文學(xué)》雜志的研究中，為了進一步了解貝努母體天體形成的位置，以及它后來如何受到地質(zhì)過程的改造，研究團隊分析了貝努樣本中兩種不同巖石類型內(nèi)發(fā)現(xiàn)的太陽前顆粒——也就是來自太陽系形成之前恒星的塵埃。

科學(xué)界普遍認為，在太陽系形成過程中，太陽前塵埃通常是充分混合的。然而，這些樣本中所含的超新星塵埃數(shù)量，是此前研究過的任何天體材料的6倍，這表明，貝努的母體小行星形成于原行星盤中的一片富含垂死恒星所釋放的塵埃的區(qū)域。

研究還顯示，盡管貝努的母體小行星曾經(jīng)歷過廣泛的流體作用改造，但在樣本中仍然保留著一些受改造程度較低的物質(zhì)區(qū)域，這為研究其起源提供了寶貴線索。

OSIRIS-REx即將從貝努崎嶇表面采集樣本的藝術(shù)概念圖。（圖/NASA/Goddard/University of Arizona）

這些碎片中保留了更高含量的有機物和太陽前硅酸鹽顆粒，而眾所周知，這類物質(zhì)在小行星經(jīng)歷含水蝕變時極易被破壞。

它們能夠在貝努樣本中保存下來，令人感到意外，也說明有一部分物質(zhì)在母體小行星內(nèi)部成功逃過了后期改造。這項研究揭示了母體天體在形成過程中所吸積的太陽前物質(zhì)具有高度多樣性。

這些發(fā)現(xiàn)是探索地球生命起源過程中的重要里程碑。得益于對貝努的研究，科學(xué)家們正逐漸相信，構(gòu)成地球生命的基本“積木”很可能來自太空。

#參考來源：

https://www.nasa.gov/missions/osiris-rex/sugars-gum-stardust-found-in-nasas-asteroid-bennu-samples/

https://physicsworld.com/a/components-of-rna-among-lifes-building-blocks-found-in-nasa-asteroid-sample/

#圖片來源：

封面圖&首圖：NASA/Goddard/University of Arizona