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NASA的科学家们在实验室中成功复制胞嘧啶

美国宇航局研究生命起源的科学家们在实验室中复制了尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶这三种构成我们遗传物质的关键成分。他们发现,在类似太空的条件下,含有嘧啶的冰样本暴露在紫外线辐射下,产生了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,它们都是在核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)中发现的遗传密码的三个部分。RNA和DNA是蛋白质合成的核心,但也有许多其他作用。

“我们第一次证明了可以在实验室中模拟外太空条件下制造出尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶,”加州莫菲特场(Moffett Field)NASA艾姆斯研究中心的研究科学家米歇尔·诺沃说。“我们正在展示这些实验过程,它模拟了外层空间的条件,但可以制造出地球生命的基石。”

一个冰样品被放置在温度约-262℃的基板上,它被来自氢灯的高能紫外线(UV)光子辐射。轰击的光子打破了冰中的化学键,将冰分子分解成碎片,然后重新结合形成新的化合物,如尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶。

多年来,美国宇航局艾姆斯实验室的科学家们一直在模拟星际空间和太阳系外的环境。在此期间,他们研究了一类被称为多环芳烃(PAHs)的富碳化合物,这些化合物已在陨石中被发现,是宇宙中观察到的最常见的富碳化合物。多环芳烃通常是由几个六碳环构成的结构,它们类似于熔融的六边形,或者是一片铁丝网。

虽然嘧啶分子是在陨石中发现的,但科学家们仍然不知道它的来源。它可能与富含碳的多环芳烃相似,因为它可能是在垂死的红巨星的最后爆发中产生的,或者是在星际气体和尘埃的稠密星云中形成的。

“像嘧啶这样的分子在其环结构中含有氮原子,这让它们有些脆弱。作为一种不太稳定的分子,与没有氮的同类分子相比,它更容易受到辐射的破坏,”埃姆斯的空间科学研究员斯科特·桑德福德(Scott Sandford)说。“我们想测试嘧啶是否能在太空中存活,以及它是否能通过反应变成更复杂的有机物种,比如尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶等碱基。”

从理论上讲,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,它们可能能够保护自己免受破坏性辐射。一旦进入云层,大多数分子就会冻结在尘埃颗粒上(就像冬天你呼吸中的水分凝结在寒冷的窗户上一样)。这些云的密度足以屏蔽大部分周围的外太空辐射,从而为云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。在他们的实验中,他们将含有嘧啶的冰样品暴露在类似太空的条件下,包括极高的真空、极低的温度和强烈的紫外线辐射。

他们发现,当嘧啶冻结在主要由水,但也包括氨,甲醇或甲烷组成的冰中时,与在开放的空间时相比,它更不容易受到辐射的破坏。许多分子没有被破坏,而是呈现出新的形式,例如RNA或DNA的成分如尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶,它们存在于地球上所有生物的基因中。

“我们正试图解决太空中形成这些分子的机制。考虑到我们在实验室中产生的东西,暴露在紫外线辐射下的冰的化学可能是连接太空中发生的事情和早期落到地球上的东西的重要一步,”

“没有人真正了解地球上的生命是如何起源的。我们的实验表明,生命的许多组成部分可能在地球形成的开始就存在了。因为我们正在模拟宇宙的天体物理条件,所以在行星形成的任何地方都可能出现同样的情况。”