我国学者与海外合作者在星际前生命分子搜寻方面取得进展
日期 2021-10-11  来源:数理科学部  作者:刘强 李娟 

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图1 左:SPITZER 和VLA 望远镜观测的银河系中心的图像。白色圆圈展示了巨分子云Sgr B2的位置。图片版权: B. Saxton, NRAO/AUI/NSF from data provided by N.E. Kassim, Naval Research Laboratory。右:13CH3CN 分子的积分流量图(等高线)叠加在丙酰胺分子的积分流量图(彩图)上。“X”标示了Sgr B2(N1) Sgr N2(N1S)的位置,“〇”标示了Sgr B2(N1E),也就是丙酰胺分子相对增丰的位置

  在国家自然科学基金项目(批准号:11590780、11590784、11773054、11973075、U1731237、U1931104)等的资助下,中国科学院上海天文台李娟、王均智研究员团队与国内外研究人员合作,利用目前世界最大的射电望远镜——阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array, ALMA),在人马座B2(Sgr B2,见图1左)中首次探测到丙酰胺分子C2H5CONH2,这是目前在星际空间发现的最大的类肽键分子。研究成果以“丙酰胺:星际最大类肽键分子(Propionamide    (C2H5CONH2): The largest peptide-like molecular in space)”为题在《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)上发表,论文链接:https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac091c/pdf。

  蛋白质、DNA和RNA 是生命的三要素,蛋白质由氨基酸(NH2CH(R)COOH, R=H, CH3等)连接而成,两个氨基酸之间的羧基和氨基发生脱水缩合,形成一个肽键结构-NHCO-。肽键是蛋白质中普遍存在的特殊结构,也是蛋白质的特征结构,因此类肽键分子的观测对于星际蛋白质形成的研究具有重要科学意义。此前在星际空间探测到的200多个分子中,只有4个类肽键分子,大大限制了相关前生命分子形成的研究。

  Sgr B2是位于银河系中心的一个活跃的大质量恒星形成区,这一巨分子云是搜寻星际复杂有机分子的最佳场所,许多复杂有机分子都是首次在这里被发现的。目前,科学家们主要是通过探测和证认分子谱线发现新分子,但由于Sgr B2中存在丰富的复杂有机分子,谱线之间的干扰非常严重,微弱的复杂分子的信号淹没在“谱线森林”中,很难找到足够多条干净的分子谱线,导致新分子的探测难度很大。研究人员通过与热核分子的积分流量图像比较这一巧妙办法,找到了一个丙酰胺分子相对增丰的位置来证认丙酰胺分子(图1右)。在这个位置上,研究人员共找到6条干净的发射线和20多条部分混淆的发射线,这些发射线的强度、速度均与模型计算结果吻合。

  该工作首次在星际空间探测到丙酰胺分子。这一分子由12个原子组成,不仅是星际空间探测到的最大的类肽键分子,也是目前星际空间探测到的最大的星际分子之一。该团队还发现丙酰胺分子的丰度是乙酰胺的五分之一,甲酰胺的十九分之一。丙酰胺分子的发现表明更大的类肽键分子,甚至更复杂的生命相关分子可能在恒星形成过程中形成并稳定存在。这类分子的存在证据,有助于人类理解生命起源中一个至关重要的过程,即在星际空间由氨基酸形成蛋白质。