“生命”如何來到地球上？科學(xué)家：通過量子力學(xué)的隧道效應(yīng)

來自耶拿弗里德里希-席勒大學(xué)和馬克斯-普朗克天文學(xué)研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)了一條尋找生命起源的新線索，他們表明，在諸如外太空普遍存在的條件下，“肽”可以在灰塵上形成。肽分子是所有生命的基本組成部分之一，因此可能不是起源于地球，而是起源于宇宙分子云。

我們所知的所有生命都由相同的化學(xué)構(gòu)件組成。其中包括肽，它們在體內(nèi)執(zhí)行各種完全不同的功能--運輸物質(zhì)，加速反應(yīng)等。肽由按特定順序排列的單個氨基酸組成。確切的順序決定了肽的最終屬性。

關(guān)于這些多功能的生物大分子是如何產(chǎn)生的，這是關(guān)于生命起源的問題之一。例如，在流星體中發(fā)現(xiàn)的氨基酸、核堿和各種糖類，表明這種起源可能是地外性質(zhì)的。然而，要從單個氨基酸分子中形成肽，需要非常特殊的條件，而這些條件以前被認為更可能存在于地球上。

科學(xué)家說：“水在肽的傳統(tǒng)生成方式中發(fā)揮著重要作用。在這個過程中，單個氨基酸結(jié)合成一條鏈。要做到這一點，每次必須去除一個水分子。量子化學(xué)計算現(xiàn)在已經(jīng)表明，氨基酸可以通過一種化學(xué)前體--稱為氨基酮--與一個水分子結(jié)合而形成。”

有了這些知識，研究團隊現(xiàn)在已經(jīng)能夠證明一個可以在宇宙條件下進行且不需要水的反應(yīng)途徑。

科學(xué)家在描述這項工作的基本思路時說：“我們不想走形成氨基酸的化學(xué)彎路，而是想弄清楚是否可以用氨基酮分子代替，并直接結(jié)合形成肽。而且我們是在宇宙分子云中普遍存在的條件下進行的，也就是說在真空中的塵埃粒子上，那里有大量的相應(yīng)化學(xué)物質(zhì)：碳、氨和一氧化碳。”

在一個超高真空室中，在正常氣壓的約四百萬億分之一和零下263攝氏度的條件下，作為塵埃粒子表面模型的基質(zhì)與碳、氨和一氧化碳被組合到一起。

研究顯示，在這些條件下，多肽聚甘氨酸由簡單的化學(xué)物質(zhì)形成。因此這些是非常簡單的氨基酸甘氨酸的鏈。

在這個實驗中，德國團隊還能夠檢測到可疑的氨基酮。該反應(yīng)能在如此低的溫度下發(fā)生，是因為氨基酮類分子極其活躍。它們在聚合中相互結(jié)合，產(chǎn)生了聚甘氨酸。

研究員表示：“盡管如此，氨基酮的聚合能在這樣的條件下如此容易地發(fā)生，這讓我們感到驚訝。因為要發(fā)生這種情況，實際上必須要克服一個能量障礙。然而，我們在這方面得到了量子力學(xué)的一個特殊效應(yīng)的幫助。在這個特殊的反應(yīng)步驟中，一個氫原子改變了它的位置。由于它是如此之小，作為一個量子粒子，它不能克服障礙，而只是能夠穿過它，可以說是通過隧道效應(yīng)。”

現(xiàn)在很清楚，不僅氨基酸，而且肽鏈也能在宇宙條件下產(chǎn)生，因此在研究生命的起源時，可能不僅要把目光投向地球，還要更多地投向太空。

該研究論文題為"A pathway to peptides in space through the condensation of atomic carbon"，已發(fā)表在Nature Astronomy期刊上。

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

標簽： 量子力學(xué) 隧道效應(yīng)