寻找生命关键分子的空间尘埃的新技术

戈达德的天体生物学分析实验室使用该设备来分析非常小的样品。右侧是纳米电喷雾发射器，它为样品分子提供电荷并将其转移到质谱仪的入口（左），质谱仪通过其质量识别分子。图像

哥达德天体生物学分析实验室的研究人员已经开发出一种新技术，可以在太空尘埃中寻找对生命至关重要的分子。

尽管生命的起源仍然是个谜，但科学家们发现越来越多的证据表明，在太空中产生并通过彗星和流星撞击传递到地球的物质可能会促进生命的开始。一些陨石提供的分子可以用作构建某些对生命至关重要的较大分子的基础。

研究人员分析了富含碳的陨石（碳质球粒陨石），并发现了用于制造蛋白质的氨基酸。蛋白质是生命中最重要的分子之一，用于制造头发和皮肤等结构，并加速或调节化学反应。他们还发现了用于制造DNA的成分，携带如何构建和调节生物体的指令的分子，以及其他生物学上重要的分子，例如氮杂环，糖相关的有机化合物以及现代代谢中发现的化合物。

但是，这些富含碳的陨石相对稀少，仅占回收的陨石的5％，而陨石仅构成进入地球的地外物质的一部分。同样，在其中发现的结构分子通常浓度很低，通常为百万分之几或十亿分之几。这就提出了一个问题，即他们的原材料供应量有多大。但是，地球不断收到其他外星物质-主要是来自彗星和小行星的粉尘。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的迈克尔·卡拉汉说：“尽管它们的体积很小，但它们可能为早期地球提供了更多的数量，并稳定地供应了外星有机物质。”“不幸的是，研究此类物质的有机成分的研究非常有限，尤其是由于这些样本的微小尺寸，对生命起源可能很重要的生物学相关分子。”

卡拉达（Goarad）和他在戈达德（Goddard）天体生物学分析实验室的团队最近采用了先进的技术来检查极小的陨石样品中的生命成分。卡拉汉说：“我们在360克Murchison陨石样品中发现了氨基酸。”“此样本量比使用的典型样本量小1,000倍。”微克是一克的百万分之一； 360微克大约是几根眉毛的重量。28.35克等于每盎司。

这张照片将陨石研究中通常使用的样本量（黄色椭圆形）与戈达德天体生物学分析实验室中的新设备（蓝色圆圈）所用的样本量进行了比较。图像

“我们的研究是为了概念验证，”卡拉汉补充说。默奇森（Murchison）是一个经过精心研究的陨石。我们观察到很小的碎片就得到了相同的结果，就像我们从相同的陨石上得到了更大的碎片一样。这些技术将使我们能够在未来的研究中研究其他小规模的地球外物质，例如微陨石，行星际尘埃颗粒和彗星颗粒。卡拉汉（Callahan）是该研究论文的主要作者，该论文可在Journal of Chromatography A（色谱A）上在线获得。

分析如此小的样品极具挑战性。Callahan说：“提取少得多的陨石粉末就意味着要进行分析的氨基酸浓度要低得多。”“因此，我们需要可用的最敏感的技术。而且，由于陨石样品可能非常复杂，因此对这些化合物具有高度特异性的技术也是必要的。”

该团队使用纳米流液相色谱仪对陨石样品中的分子进行分选，然后应用纳米电喷雾电离使分子带电荷，然后将其输送到高分辨率质谱仪中，该仪器根据分子的质量进行识别。卡拉汉说：“我们正在开创性地将这些技术应用于气象有机物的研究。”“这些技术可能非常挑剔，因此仅获得结果是第一个挑战。”

卡拉汉补充说：“我对分析来自星尘任务的彗星粒子特别感兴趣。”“这是我来到NASA的原因之一。当我第一次看到用于捕捉星尘任务的气凝胶的照片时，我就迷上了。”

“这项技术对于搜索火星返回的样品中的氨基酸和其他潜在的化学生物特征，以及最终从冰冷的土卫二Enceladus和Europa的羽流材料中寻找氨基酸和其他潜在的生物特征，也将非常有用，” Goddard公司天体生物学实验室的Daniel Glavin说。 -在纸上写。

戈达德实验室开发的这项技术和实验室技术将其用于分析陨石，因为可能会限制样品数量，因此对于将来的样品返回任务将非常有价值。Callahan说：“涉及收集用于返回地球的样品的外星物质的任务通常只收集到非常少量的样品，而样品本身也可能非常小。”研究这些材料的传统技术通常涉及无机或元素组成。在这些样品中靶向生物学相关分子还不是常规的。我们也不在那里，但是我们正在到达那里。

这项研究是由美国宇航局天体生物学研究所，戈达德天体生物学中心和美国宇航局宇宙化学计划资助的。

出版物：Michael P. Callahan等人，“通过纳米液相色谱高分辨率质谱法对微克陨石进行氨基酸分析”，《色谱学报》 A，2014年； DOI：10.1016 / j.chroma.2014.01.032

图片：迈克尔·卡拉汉