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科学家在太空中探测到最大含硫分子


据美国有线电视新闻网网站1月30日报道,科学家在星际空间探测到一种分子,其成分中含有构成生命的重要元素——硫。这是目前在太空中发现的最大含硫有机分子。研究人员说,这一发现填补了科学家认识宇宙生命化学起源的一个缺失环节。

硫在宇宙中含量丰富,排名第十。硫也是地球上氨基酸、蛋白质和酶的重要成分。研究人员曾在彗星和陨石中发现过与这种新分子相似的含硫分子,但在星际空间,即恒星之间布满尘埃和气体的广袤区域,却一直未发现含硫大分子,这一现象令人费解。

这项研究成果上周发表在英国《自然-天文学》杂志上。该研究的第一作者、德国马克斯·普朗克地外物理研究所科学家荒木光典说:“很久很久以前,硫就从太空来到了地球。但我们在太空中发现的含硫分子数量却极为有限,这很奇怪。它们本应大量存在,却很难找到。”

过去曾有研究人员提出,硫在太空中看似稀少,这或许是因为它们存在于宇宙的冰中,人们没有发现而已。

因此,这次新发现为解开这一谜题补上了重要一环。荒木光典说:“这是人类在太空中发现的最大含硫分子,由13个原子构成。在此之前发现的最大含硫分子有9个原子,这在当时已经十分罕见了,因为过去探测到的大多数含硫分子都只有3至5个原子。”

荒木光典说,发现更大的分子意义重大,因为它们有助于解释太空中发现的简单化学物质与彗星和陨石中发现的结构更复杂的生命基础物质之间的差异。

目前人类在太空中观测到的分子已超过300种。荒木光典表示,这一发现意味着未来或许能探测到更多含硫分子,甚至更大的分子。

发现这种分子的区域位于距离地球约2.7万光年的一片分子云中,这片分子云位于银河系中心附近。

分子云是由尘埃和气体组成的低温、高密度区域,其环境有利于分子形成。同时,分子云也是恒星孕育区:引力会让分子云中的物质聚集成团,最终形成新生恒星。

参与研究的马克斯·普朗克地外物理研究所科学家瓦莱里奥·拉坦齐说:“分子云是恒星形成的地方。”

拉坦齐说,分子云最终会孕育出类似太阳系的行星系统。他说:“分子云中的各种物质成分会被输送到形成的行星上。我们正试图找出那些最终会孕育出生命的物质成分,探究从简单分子到地球已知生命形式的演化过程,一步步为生命演化图景补充更多细节。”

研究人员首先用液态硫酚作为原料,对它进行放电,人工合成出这种分子。然后测得其无线电发射频率,并与西班牙的IRAM 30米射电望远镜和耶韦斯射电望远镜对这片分子云的观测数据进行比对。

拉坦齐说:“我们从早期观测中发现,这片分子云中的硫分子含量很高,这是我们将其选为观测目标的重要原因。我们认为,地球生命起源的解释之一,可能是远古时期彗星、陨石等小天体撞击地球,将含有硫的复杂分子带到了地球。而我们现在所做的,就是找出生命演化路径中这些缺失的环节。”

美国宾夕法尼亚州立大学教授凯特·弗里曼说,这项研究是“一个借助高分辨率射电望远镜和巧妙研究策略完成的精彩侦探故事”。

弗里曼说,科学家们已经发现,陨石中含有结构复杂的含硫化合物,这些化合物很可能被带到了地球,成为地球生命的化学起源。

她在一封电子邮件中说:“但我们此前一直不清楚,这些化合物是如何进入陨石及其母体的。如今我们知道,至少有很大可能,其中一部分化合物来自太阳系外,来自银河系中像研究团队观测的这片区域一样、富含分子的地方。”

伦敦自然历史博物馆的行星科学教授萨拉·拉塞尔说,硫是地球生命必需的六种元素之一,可能也是地球早期生命形成的关键物质,为远古微生物提供了赖以生存的能量。

拉塞尔说:“银河系中心发现复杂有机分子,意味着对生命至关重要的物质可能遍布宇宙。在距离地球如此遥远的地方发现这类分子,说明类似的过程有可能在宇宙其他地方发生,这让其他行星上存在生命的可能性又大了一分。”

美国密西西比大学化学与生物化学副教授瑞安·福滕伯里表示,这一发现令人振奋。他说:“硫在元素周期表中占据着特殊的位置,它的化学性质独一无二,有了它的参与,分子可以比仅含有氧、氮、碳元素实现更多功能。发现含硫分子,能帮助我们更好地判断生命可能的起源,以及最终的演化方向。”

福滕伯里还说,50多年前,人类能在太空中发现任何分子都是奇迹。

他说:“当时人们普遍认为,宇宙的极端环境会让所有分子分解。而如今,我们已经发现了由13个原子构成的分子,还有一些分子的原子数多达几十个。”

他还说:“分子的韧性比我们此前认为的强得多,而望远镜也向我们揭示,宇宙的化学多样性远比我们想象的丰富。”(编译/王栋栋)