Hvordan livets byggesten kan dannes i rummet

I et laboratorieeksperiment, der efterligner astrofysiske forhold, med kryogene temperaturer i et ultrahøjt vakuum, forskere brugte en elektronpistol til at bestråle tynde islag dækket af basiske molekyler af metan, ammoniak og kuldioxid. Disse simple molekyler er ingredienser til livets byggesten. Eksperimentet testede, hvordan kombinationen af ​​elektroner og grundstof fører til mere komplekse biomolekylære former - og måske i sidste ende til livsformer.

"Du har bare brug for den rigtige kombination af ingredienser, " sagde forfatter Michael Huels. "Disse molekyler kan kombinere, de kan reagere kemisk, under de rette forhold, at danne større molekyler, som så giver anledning til de større biomolekyler, vi ser i celler som komponenter af proteiner, RNA eller DNA, eller fosfolipider."

De rigtige forhold, i rummet, omfatter ioniserende stråling. I rummet, molekyler udsættes for UV-stråler og højenergistråling, herunder røntgenstråler, gammastråler, stjerne- og solvindpartikler og kosmiske stråler. De er også udsat for lavenergielektroner, eller LEE'er, produceret som et sekundært produkt af kollisionen mellem stråling og stof. Forfatterne undersøgte LEE'er for en mere nuanceret forståelse af, hvordan komplekse molekyler kan dannes.

I deres papir, offentliggjort i Journal of Chemical Physics , forfatterne eksponerede flerlags is sammensat af kuldioxid, metan og ammoniak til LEE'er og brugte derefter en type massespektrometri kaldet temperaturprogrammeret desorption (TPD) til at karakterisere molekylerne skabt af LEE'er.

I 2017 ved hjælp af en lignende metode, disse forskere var i stand til at skabe ethanol, et ikke-essentielt molekyle, kun fra to ingredienser:metan og ilt. Men det er simple molekyler, ikke nær så komplekse som de større molekyler, der er livets ting. Dette nye eksperiment har givet et molekyle, der er mere komplekst, og er afgørende for jordlevende liv:glycin.

Glycin er en aminosyre, lavet af brint, kulstof, nitrogen og ilt. At vise, at LEE'er kan omdanne simple molekyler til mere komplekse former, illustrerer, hvordan livets byggesten kunne være dannet i rummet og derefter ankommet til Jorden fra materiale leveret via komet- eller meteoritnedslag.

I deres eksperiment, for hver 260 elektroner eksponering, et molekyle glycin blev dannet. At søge at vide, hvor realistisk denne dannelseshastighed var i rummet, ikke kun i laboratoriet, forskerne ekstrapolerede ud for at bestemme sandsynligheden for, at et kuldioxidmolekyle ville støde på både et metanmolekyle og et ammoniakmolekyle, og hvor meget stråling de, sammen, kan støde på.

"Du skal huske - i rummet, der er meget tid, " sagde Huels. "Idéen var at få en fornemmelse af sandsynligheden:Er dette et realistisk udbytte, eller er dette en mængde, der er fuldstændig vanvittig, så lavt eller så højt, at det ikke giver mening? Og vi finder, at det faktisk er ret realistisk for en hastighed af dannelsen af ​​glycin eller lignende biomolekyler."