NASA小行星樣本中的鹽漬痕跡蘊含生命化學之謎

小行星貝努（Bennu）為早期太陽系中可能為生命誕生奠定基礎的化學過程提供了突破性的見解。分析美國國家航空暨太空總署（NASA）「源譜解釋資源識別安全－表岩屑探測器」（OSIRIS - REx）任務所採集樣本的研究人員發現，富含礦物質的鹵水錶明，在貝努的母天體上曾發生過複雜的有機相互作用。

這些樣本中含有前所未見的外星化合物，其中包括碳酸鈉，這是一種在地球蒸發湖床中常見的礦物。科學家們尤其對磷的存在和硼的近乎缺失感到好奇，這表明貝努的鹵水與地球的有所不同。進一步的研究還發現了胺基酸和核鹼——它們是核糖核酸（RNA）和去氧核糖核酸（DNA）的基本組成部分，這也引發了人們對於這些環境在生命演化道路上究竟走了多遠的疑問。

NASA首次從太空採集的小行星樣本，是從貝努採集並送回地球的，這一發現令人著迷。科學家們找到了證據，表明貝努的母小行星上曾經存在過水，但後來蒸發了，只留下了鹹味的殘留物。這種鹵水環境使得礦物和重要的化學成分能夠相互作用，形成更複雜的結構。這些發現表明，外星鹵水可能在有機化合物的發展中起到了關鍵作用。

在1月29日發表於《自然》（Nature）期刊的一項研究中，史密森尼國家自然歷史博物館的研究人員分析了來自貝努的礦物，這些礦物可以追溯到早期太陽系。其中一些礦物在其他外星樣本中從未見過，這也增加了這一發現的重要性。

該博物館的隕石館長、新論文的共同第一作者蒂姆・麥科伊（Tim McCoy）表示：「我們現在從貝努得知，生命的基本成分在貝努的母天體上以非常有趣和複雜的方式結合在一起。我們已經在生命演化的道路上發現了下一步。」

貝努的母小行星大約在45億年前形成，看來它曾經含有一些液態水的區域。隨著水的蒸發，留下了類似於地球上乾涸湖床中的鹽層沉積物。這些殘留物為可能有助於塑造生命起源的化學過程提供了新的線索。

長期以來，貝努因其接近地球的軌道和富含碳的成分而引起研究人員的興趣。科學家們假設，這顆小行星含有水和有機分子的痕跡，並推測類似的小行星可能曾將這些物質帶到了原始地球。

2020年，NASA的OSIRIS - REx太空船從貝努採集了樣本，這成為美國首次從小行星表面採集樣本的太空任務，也是自阿波羅任務以來近50年間唯一一次從行星天體採集的樣本。2023年9月，當OSIRIS - REx飛越地球時，它投下了一個裝有貝努樣本的太空艙。當太空艙降落在猶他州沙漠時，科學家們在現場取回了它，並保護裡面的樣本不受地球環境的汙染。

總計，OSIRIS - REx採集了大約120克的物質，大約相當於一塊肥皂的重量，是任務要求採集量的兩倍。這些極具價值的樣本被分發給世界各地的研究人員進行分析，其中包括倫敦自然歷史博物館的宇宙礦物學家莎拉・拉塞爾（Sara Russell），她也是與麥科伊共同撰寫新論文的第一作者。

拉塞爾說：「能夠參與這項了不起的任務，並與世界各地的科學家合作，試圖解答人類提出的最大問題之一——生命是如何起源的，這真是一種莫大的喜悅。我們共同在理解像貝努這樣的小行星是如何演化的，以及它們可能如何使地球適宜居住方面取得了巨大的進展。」

NASA向史密森尼博物館提供了多份貝努樣本（其中一份正在展出）。麥科伊和他的同事們使用該博物館最先進的掃描電子顯微鏡對這些樣本進行了分析，這臺顯微鏡的部分資金來自史密森尼寶石與礦物收藏家捐助團體。這使得研究人員能夠檢查小行星碎片上小於一微米（即人類頭髮寬度的1/100）的微小特徵。

研究團隊驚訝地在博物館研究的貝努樣本中發現了含水碳酸鈉化合物的痕跡。這些化合物通常被稱為純鹼或礦物名稱天然鹼，在其他任何小行星或隕石中都未曾直接觀測到過。在地球上，碳酸鈉通常類似於小蘇打，天然存在於富含鈉的蒸發湖中，例如莫哈韋沙漠的瑟爾斯湖。

碳酸鈉的意外發現促使麥科伊檢查了博物館國家礦物收藏中含有該化合物的礦物標本。他還聯絡了世界各地的團隊成員，瞭解他們在其他貝努樣本中是否觀察到了值得注意的現象。科學家們總共發現了11種可能存在於貝努母天體類似鹵水環境中的礦物。

貝努的鹵水因其礦物成分而與地球的鹵水不同。例如，貝努樣本富含磷，而磷在隕石中含量豐富，但在地球上相對稀少。樣本中也基本不含硼，硼是地球上高鹽鹼湖中的常見元素，但在隕石中極為罕見。

研究人員推測，類似的鹵水可能仍然存在於其他外星天體上，包括矮行星穀神星（Ceres）和土星的冰衛星恩塞拉都斯（Enceladus），太空船已經在這些天體上檢測到了碳酸鈉。這些鹵水可能也存在於其他小行星上，麥科伊和他的同事們計劃重新檢查博物館收藏的隕石標本。雖然在貝努鹵水中觀察到的一些鹽類在地球大氣中會分解，但這些礦物可能會在隕石上留下過去科學家們可能錯過的明顯痕跡。

儘管貝努的鹵水中含有一系列引人入勝的礦物和元素，但目前尚不清楚當地環境是否適合將這些成分組合成高度複雜的有機結構。麥科伊說：「我們現在知道我們有了沿著生命演化道路前進的基本構建模組，但我們不知道這種環境能讓事物在這條道路上走多遠。」

1月29日同時發表在《自然天文學》（Nature Astronomy）期刊上的第二項研究，提供了有關貝努組成的更多見解。這篇論文描述了貝努樣本中的多種構成蛋白質的胺基酸，還報告了構成RNA和DNA的五種核鹼的發現。其中一些化合物在墜落到地球的隕石中未曾被觀測到過。馬裡蘭州格林貝爾特NASA戈達德太空飛行中心的高階科學家丹尼・格拉文（Danny Glavin）和傑森・德沃金（Jason Dworkin）是《自然天文學》論文的第一作者。

這兩項新研究是對貝努樣本進行的首批已發表分析之一。由麥科伊和拉塞爾共同牽頭的《自然》論文也是史密森尼國家自然歷史博物館「我們獨特的星球」計劃的一個重要里程碑。作為一個公私合作的研究專案，「我們獨特的星球」透過探索地球海洋和大陸的起源，以及礦物如何可能成為生命的模板，來研究地球與其宇宙鄰居的不同之處。

麥科伊認為，這些新發現體現了OSIRIS - REx任務的科學遺產，因為它採集的樣本將在未來數十年內推動相關研究。這些樣本也凸顯了我們對貝努仍有許多未知之處。麥科伊說：「這就是你在一次任務中希望能有機會獲得的發現。我們發現了意想不到的東西，這對任何形式的探索來說都是最好的回報。」

此外，許多研究人員為這些研究做出了貢獻，包括與史密森尼有關聯的科學家蒂姆・麥科伊、卡里・科里根（Cari Corrigan）、羅布・沃德爾（Rob Wardell）、蒂姆・古丁（Tim Gooding）和蒂姆・羅斯（Tim Rose）。這項研究還涉及來自世界各地機構的專家，包括亞利桑那大學、NASA、歌德大學、科廷大學、藍岸大學、加州大學柏克萊分校、加州州立大學、普渡大學、曼徹斯特大學、北海道大學、羅徹斯特大學、勞倫斯伯克利國家實驗室、昆士蘭大學、讓・莫內大學、西南研究院、開放大學、皇家安大略博物館、東京大學、羅文大學和美國自然歷史博物館。該研究得到了NASA的支援，以及英國研究與創新署、英國科學技術設施委員會和加拿大航天局的資助。NASA位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心負責OSIRIS - REx任務的管理、系統工程和安全工作。亞利桑那大學圖森分校的丹特・勞雷塔（Dante Lauretta）擔任該任務的首席研究員，領導科學團隊並負責觀測計劃和資料處理。科羅拉多州利特爾頓的洛克希德・馬丁太空公司建造了太空船並管理飛行操作。