陨石中的氨基酸提供了寿命如何左转的线索

生命的利手性起源的解释

这是艺术家在小行星中产生的过量左手天冬氨酸的概念,并通过陨石的影响递送到地球。底部的线是一种色谱图,显示左手天冬氨酸(中心高峰,顶部的左手天冬氨酸分子的图)比右手天冬氨酸样品在陨石样品中的四倍越多(左侧较小的峰,顶部有右撇子天冬氨酸分子)。信用:NASA / Hrybyk-Keith,Mary P.

通过分析


Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.
" class="glossaryLink ">氨基酸在陨石,美国宇航局而大学科学家对为什么所有已知生命仅使用左手版本的氨基酸来构建蛋白质来制定一个可能的解释。

研究人员分析说翻脸就在加拿大冰冻的湖面陨石碎片已经制定了生活中的手性起源的解释 - 为什么有生命的东西只能使用特定方向的分子。这项工作也给予了最有力的证据迄今为止,一个小行星导致了一些常见的蛋白质氨基酸的陨石中氨基酸左手在右手形式的强烈偏好内液态水。结果使得外星生命的搜索更具挑战性。

“Our analysis of the amino acids in meteorite fragments from Tagish Lake gave us one possible explanation for why all known life uses only left-handed versions of amino acids to build proteins,” said Dr. Daniel Glavin of NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md. Glavin is lead author of a paper on this research to be published in the杂志和行星科学

2000年1月,一颗大型流星体在加拿大不列颠哥伦比亚省北部的大气中爆炸,碎片雨点划过塔吉什湖的冰冻表面。由于许多人目睹了火球,碎片在几天内被收集起来并保存在冰冻状态。这确保了很少有来自陆地生命的污染。加拿大埃德蒙顿阿尔伯塔大学(University of Alberta, Edmonton)的克里斯托弗·赫德(Christopher Herd)博士说,“我们对它的研究越多,塔吉什湖陨石就会继续揭示更多关于早期太阳系的秘密。”他是这篇论文的合著者,为研究小组提供了塔吉什湖陨石的样本进行分析。“这项最新研究让我们得以一窥,在地球上所有生命所特有的左撇子氨基酸的形成过程中,穿越小行星的水肯定发挥了作用。”

蛋白质是生命的主力分子,一切用于从结构如头发的酶,所述催化剂,其加速或调节化学反应。正如字母表中的26个字母排列组合无限做出的话,生活使用20个不同的氨基酸在一个巨大的各种安排,以构建百万个不同的蛋白质。氨基分子可以用两种方式建造,彼此的镜像,就像你的手一样。虽然基于右撇子氨基酸的生活可能会很好,但它们不能混合。“Synthetic proteins created using a mix of left- and right-handed amino acids just don’t work,” says Dr. Jason Dworkin of NASA Goddard, co-author of the study and head of the Goddard Astrobiology Analytical Laboratory, where the analysis was performed.

既然生命不能用左旋和右旋氨基酸的混合来运作,研究人员想知道生命——至少是地球上的生命——是如何与左旋氨基酸建立起来的。德沃金说:“在生物分子中观察到的旋向性——左旋氨基酸和右旋糖——是分子识别过程中一个重要的特性,被认为是生命的先决条件。”所有合成氨基酸的普通方法都会产生等量的左旋氨基酸和右旋氨基酸混合物。因此,在生命起源前的世界里,左右手分子大概是相等的混合物,而这只手的分子是如何产生的,这一直是一个深入研究的领域。

研究小组将塔吉什湖陨石的样品磨碎,混合到热水溶液中,然后用液相色谱质谱仪分离并鉴定其中的分子。“我们发现,这些样本中的左旋天冬氨酸是反旋天冬氨酸的四倍,”Glavin说。天冬氨酸是一种氨基酸,用于人体的每一种酶中。它也被用来制造代糖阿斯巴甜。“有趣的是,同一块陨石样本只显示了轻微的左侧过量(不超过8%)的丙氨酸,另一种生命使用的氨基酸。”

“起初,这样做毫无意义,因为如果这些氨基酸从污染来到陆地生活,两种氨基酸应该有大的左手过激行为,因为两者在生物学中常见,”格拉文说。yabo124“然而,大量左手过剩的一个,而不是其他的告诉我们,他们并没有被生活创造了,反而在塔吉什湖小行星里面做。”该小组证实,氨基酸在空间利用同位素分析可能产生。

同位素是具有不同质量的元素的版本;例如,碳13是较重的,并且不太常见的碳。由于生命的化学性更喜yabovip2021欢较轻的同位素,可能在空间中产生富含碳13的富含碳13的氨基酸。

“我们发现,天冬氨酸和丙氨酸我们的塔吉什湖样品中高度富集碳13,这表明它们很可能是在母体小行星非生物过程产生,”美国宇航局戈达德,合着者的杰米Elsila博士说:对谁进行同位素分析的论文。这是第一次,碳同位素测量已报告的在塔吉什湖这些氨基酸。碳-13富集,与大左侧过量天冬氨酸但不是在丙氨酸结合,提供了非常强有力的证据表明某些左手蛋白氨基酸 - 酮使用寿命制造蛋白质 - 可以过量在小行星产生,根据球队。

有些人认为,左旋氨基酸在陨石酸过量通过暴露于偏振辐射在太阳星云形成 - 从中​​小行星,并最终太阳系,形成的气体和灰尘的云。然而,在这种情况下,左手天冬氨酸过量是如此之大,它们不能被通过偏振辐射单独说明。该小组认为,需要另一个进程。

此外,天冬氨酸中的大左手过量,但不含丙氨酸的左侧过量给予该团队,即如何在小行星内部制作这些氨基酸的临界线索,因此在生命起源之前可能会出现大量左手过量地球。

“那我跳下一件事是,丙氨酸和天门冬氨酸,当你有两个左撇子和右撇子的分子的混合物可以结晶不同,”亚伦·伯顿博士是美国宇航局的博士后流动站研究员美国宇航局戈达德和助说-author的研究。“这使我们找到一些研究那里的研究人员已经利用分子的结晶行为像天冬氨酸得到左手或右手的过激行为。因为丙氨酸形式不同种类的晶体,这些相同的处理将产生左和右旋丙氨酸的等量。我们需要做更多的实验,但这种解释必须解释我们在塔吉什湖陨石和其他陨石看到了潜力。”

该小组认为小的初始左手过剩可以得到结晶和溶解的液体水的饱和溶液放大。一些氨基酸,如天冬氨酸,具有这样的形状,可以让它们配合在一起以纯晶体 - 一个由刚刚左撇子或右撇子的分子。比小滚下山时,对于这些氨基酸,小的初始左手或右手过剩可能成为很大的对面手晶体的代价放大,方式类似于一个大雪球收集更多的雪,并得到更大更迅速一。其它氨基酸,如丙氨酸,具有更喜欢与它们的镜像一起加入,使结晶的形状,因此,这些晶体是由左手和右手分子的数目相等的。由于这些“混合型”晶体生长,任何小的初始过量会倾向于对这些氨基酸被冲刷掉。一种用于这两个过程的要求是要转换的方式左手至右手的分子,并且反之亦然,同时它们溶解在溶液中。

这个过程只是放大了已经存在的少量过剩。也许是太阳星云的条件造成了微小的初始左侧多余。例如,来自附近恒星的偏振光或其他类型的辐射可能有利于左旋氨基酸的产生或右旋氨基酸的破坏。这种最初的左侧过剩可能会通过结晶等过程在小行星中被放大。据研究小组称,小行星和陨石的撞击可能会将这些物质带到地球,而左撇子氨基酸可能由于其更丰富的含量而与新出现的生命结合在一起。此外,根据研究小组的说法,在地球上有水流过的古代沉积物中,比如河流、湖泊或海洋的底部,也可能发生过类似的结晶富集左手氨基酸的情况。

结果使寻求对外星生命的寻求复杂化,如微生物寿命假设以居住在表面下面火星, 例如。“由于似乎是非生物学过程可以在某种类型的氨基酸中产生左侧过量,因此我们不能单独使用这种过量作为生物活性的证明,”格林说。

这项研究由美国宇航局天体生物学研究所、戈达德天体生物学中心、美国宇航局宇宙化学项目yabo124和加拿大自然科学与工程研究委员会资助。yabovip2021

图片:NASA / Hrybyk - 基斯,玛丽P.