在外星系统中寻找手性分子和光学活性


在外星系统中寻找手性分子和光学活性


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在外星系统中寻找手性分子和光学活性


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地球生命的主要特征之一是光学活性有机物质的作用 。 因此 , 在外星物体上寻找手性化合物和光学活性可能会表明生命的存在 , 无论是化石还是仍然存在 。 如果只有非生物条件占主导地位 , 那么同样的搜索仍可能提供有关地球上生物分子纯手性家族可能起源的有趣信息 , 在这方面 , 土星的卫星土卫六堪称典范 。 列出了可能存在于土卫六上的一些最简单的没有氧原子的手性衍生物 。 考虑到一些重要参数 , 讨论了光学活动研究的兴趣 。 这提出了许多困难的技术问题 , 一旦解决 , 可能有助于进一步探索其他行星 。



正如巴斯德在100多年前指出的那样 , 地球上生命最显着的特征之一是其生产和消耗光学活性物质的能力 。 其中最重要的是氨基酸、核酸和脂质属于同构型家族 。 分子的光学纯度和家族内的立体化学同质性是重要因素 , 因为它们允许最终的生物聚合物呈现各种手性构象 , 其顺序依次决定了它们的生物学活动 。 此外 , 从进化的角度来看 , 使用纯手性化合物 , 而不是它们的外消旋混合物 , 代表了一种显着降低化学复杂性的方法 。 检查地外有机分子 , 尤其是行星体上的有机分子 , 可能会提供一些关于基于手性碳化学的生命出现的有趣线索 , 可以考虑不同的情况 。



生命可能已经存在 , 在这种情况下 , 一个好的方法是考虑外星观察者将实施什么样的实验来检测地球上的光学活动 。 如果生命确实存在但由于某种原因消失了 , 那么测试的成功取决于自发消旋反应发生的速率 , 破坏了任何过量的对映体之一 。 碰巧的是 , 应该在火星上检测到光学活动的建议没有得到跟进 , 这种实验也没有包括在维京1号和2号的微生物学实验中 。 1976.在一个处于化学进化时期的行星或卫星上可能会发现一种不同但同样有趣的情况 , 即使有很多充分的理由相信生物进化可能永远无法实现 。



事实上 , 如何以及在哪一步进化 , 化学或生物 , 纯手性生物分子被选择仍然是科学争论的中心 。 另一个基本谜团是地球上对给定对映体形式的选择 , 而不是相反的选择 。 这些问题都还没有得到满意的答案 , 但不可能否认这些事件发生在任何生物进化之前的化学进化过程中的想法 。 土星的卫星土卫六似乎是最后一类宇宙物体的一个很好的例子 。 它的大气主要由氮气、氩气、甲烷和乙烷组成 , 但没有氧气 。 它的表面很可能被75%的乙烷 , 20%的甲烷 , 5%的氮海洋所覆盖 , 深达一到几公里 。 航海者2号在土卫六的大气中检测到了许多碳氢化合物和三种腈 。



【在外星系统中寻找手性分子和光学活性】这表明中间层和平流层中的连续活性碳光化学会产生相当复杂的有机化合物 , 可能包括具有不对称碳原子的分子 。 我们收集了一些最简单可能存在于土卫六上的不含氧原子的衍生物 , 以及文献中发现的一些稀缺的物理化学数据 。 碳原子数为3~7的饱和和不饱和烃有10多种 , 包括环状化合物和氮衍生物 。 其中之一 , 2-氨基-丙腈 , 是丙氨酸的前体 。 这种混合物的可能性引起了取样和分析的问题 。 在土卫六上 , 最方便的方法是检查其海洋中的样本 。

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