“生命”如何来到地球上？科学家：通过量子力学的隧道效应

来自耶拿弗里德里希-席勒大学和马克斯-普朗克天文学研究所的研究人员发现了一条寻找生命起源的新线索，他们表明，在诸如外太空普遍存在的条件下，“肽”可以在灰尘上形成。肽分子是所有生命的基本组成部分之一，因此可能不是起源于地球，而是起源于宇宙分子云。

我们所知的所有生命都由相同的化学构件组成。其中包括肽，它们在体内执行各种完全不同的功能--运输物质，加速反应等。肽由按特定顺序排列的单个氨基酸组成。确切的顺序决定了肽的最终属性。

关于这些多功能的生物大分子是如何产生的，这是关于生命起源的问题之一。例如，在流星体中发现的氨基酸、核碱和各种糖类，表明这种起源可能是地外性质的。然而，要从单个氨基酸分子中形成肽，需要非常特殊的条件，而这些条件以前被认为更可能存在于地球上。

科学家说：“水在肽的传统生成方式中发挥着重要作用。在这个过程中，单个氨基酸结合成一条链。要做到这一点，每次必须去除一个水分子。量子化学计算现在已经表明，氨基酸可以通过一种化学前体--称为氨基酮--与一个水分子结合而形成。”

有了这些知识，研究团队现在已经能够证明一个可以在宇宙条件下进行且不需要水的反应途径。

科学家在描述这项工作的基本思路时说：“我们不想走形成氨基酸的化学弯路，而是想弄清楚是否可以用氨基酮分子代替，并直接结合形成肽。而且我们是在宇宙分子云中普遍存在的条件下进行的，也就是说在真空中的尘埃粒子上，那里有大量的相应化学物质：碳、氨和一氧化碳。”

在一个超高真空室中，在正常气压的约四百万亿分之一和零下263摄氏度的条件下，作为尘埃粒子表面模型的基质与碳、氨和一氧化碳被组合到一起。

研究显示，在这些条件下，多肽聚甘氨酸由简单的化学物质形成。因此这些是非常简单的氨基酸甘氨酸的链。

在这个实验中，德国团队还能够检测到可疑的氨基酮。该反应能在如此低的温度下发生，是因为氨基酮类分子极其活跃。它们在聚合中相互结合，产生了聚甘氨酸。

研究员表示：“尽管如此，氨基酮的聚合能在这样的条件下如此容易地发生，这让我们感到惊讶。因为要发生这种情况，实际上必须要克服一个能量障碍。然而，我们在这方面得到了量子力学的一个特殊效应的帮助。在这个特殊的反应步骤中，一个氢原子改变了它的位置。由于它是如此之小，作为一个量子粒子，它不能克服障碍，而只是能够穿过它，可以说是通过隧道效应。”

现在很清楚，不仅氨基酸，而且肽链也能在宇宙条件下产生，因此在研究生命的起源时，可能不仅要把目光投向地球，还要更多地投向太空。

该研究论文题为"A pathway to peptides in space through the condensation of atomic carbon"，已发表在Nature Astronomy期刊上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：https://www.nature.com/articles/s41550-021-01577-9

标签： 量子力学 隧道效应