小行星贝努样本中发现生命必需糖类：为地球生命起源提供关键证据

《Nature Geoscience》：Bio-essential sugars in samples from asteroid Bennu

本刊推荐：为解答地球生命前有机物质来源问题，研究团队通过OSIRIS-REx任务获取的小行星贝努样本，采用GC-MS/MS技术首次确证检测到核糖（RNA糖）和葡萄糖等生命必需糖类。这些发现完善了生命基本组分的宇宙来源证据，表明碳质小行星可能为早期地球提供了所有生命关键组分，支持"RNA世界"假说和地外生命起源理论。

　　

在探索生命起源的漫长旅程中，科学家一直试图解答一个根本性问题：地球生命的基本组成分子从何而来？一种备受关注的理论认为，这些生命构建模块可能来自外太空，通过陨石和小行星撞击早期地球而传入。尽管在碳质球粒陨石中已检测到核苷碱基和氨基酸等生命基本组分，但糖类——特别是核糖这一RNA的关键组成部分——的存在一直存在争议，主要因样本易受地球环境污染。

这一困境随着OSIRIS-REx任务的成功而出现转机。该任务于2023年9月24日将从小行星贝努采集的121.6克风化层样本送回地球，这些样本在严格控制的条件下收集和保存，避免了地球环境污染。贝努样本具有与CI型碳质球粒陨石相似的矿物学和元素特征，富含碳和氮，并经历了广泛的水蚀变作用，为研究前生命化学过程提供了理想材料。

在这项发表于《Nature Geoscience》的研究中，由日本东北大学的Yoshihiro Furukawa领导的研究团队，对贝努样本进行了详细分析，首次在小行星样本中确证检测到多种生命必需糖类，包括核糖（RNA的糖组分）和葡萄糖（代谢底物）。这些发现填补了生命基本组分宇宙来源理论的最后一块拼图，为生命起源研究提供了重要证据。

研究方法上，团队采用气相色谱-质谱联用（GC-MS/MS）和GC-MS技术，对603.4毫克的贝努均质化粉末样本进行酸和水提取，以避免糖类形成和降解。通过多种色谱柱和质谱系统交叉验证，确保检测结果的可靠性。同时进行程序空白实验，排除了实验过程中的污染可能性。此外，还通过热水提取法测量了贝努样本和参比陨石的pH值，以推断母体小行星的水环境条件。

检测到的贝努糖类

研究团队在贝努样本中明确检测到四种醛戊糖：核糖（0.097±0.014 nmol g^-1）、来苏糖（0.018±0.007 nmol g^-1）、阿拉伯糖（0.11±0.03 nmol g^-1）和木糖（0.079±0.033 nmol g^-1），以及两种醛己糖：葡萄糖（0.35±0.05 nmol g^-1）和半乳糖（0.014±0.004 nmol g^-1）。葡萄糖是检测到的含量最高的糖类。

团队还检测到少量糖醇：木糖醇（0.005 nmol g^-1）和阿拉伯糖醇（0.002 nmol g^-1）。然而，DNA糖组分2-脱氧核糖以及其他研究的糖类和相关化合物（包括苏糖、赤藓糖、核酮糖、木酮糖和支链醛戊糖）均低于检测限。

污染可能性被严格排除，因为贝努返回样本没有经历不可控的地球环境暴露。最近分析的贝努样本中的手性氨基酸是外消旋的（D=L），表明没有可测量的生物污染。程序空白实验也证实分析过程中没有糖类污染。

糖类形成的可能过程

贝努较大的氘（D）和¹⁵N富集表明其母体从早期外太阳系的储库中吸积了冰和有机质。团队提出，检测到的糖类可能通过福尔摩斯反应（formose reaction）在母体小行星上形成，其中甲醛在弱酸性至碱性流体中连续反应形成更大的糖类。

贝努样本的热水提取物pH值为8.23±0.02，呈碱性，高于龙宫样本的pH值（3.95-4.19）。这种碱性环境与蒸发岩矿物的观察结果以及贝努其他样本中含NH₃流体包裹体的检测结果一致。钙和镁离子是福尔摩斯反应的有效催化剂，而贝努矿物学支持母体小行星水流体中存在溶解的二价阳离子（如Mg和Ca）。

贝努样本中检测到的戊糖总丰度（0.36 nmol g^-1）相对较低，约为默奇森陨石中含量的16%。这可能与贝努中相对丰富的氨有关，氨可与醛类（包括糖类）反应生成席夫碱，进而转化为其他分子如氨基酸、胺和氮杂环化合物。

对前生命化学的意义

此前研究已在贝努样本中发现DNA和RNA中的所有五种典型核苷碱基以及磷酸盐。本次核糖的检测意味着RNA的所有组分都存在于贝努中。核糖的检测和2-脱氧核糖的未检测到进一步表明，在B型碳质小行星中，核糖可能比2-脱氧核糖更为普遍。

RNA世界假说提出，RNA是导致生命起源的第一个信息性和催化性聚合物，后来通过生物进化被DNA和蛋白质所取代。在原始小行星中核糖比2-脱氧核糖更易获得，为这一假说提供了额外支持。

团队在贝努中自信地检测到丰富的葡萄糖（生命常见能源的己糖分子）和其他己糖，表明它们存在于早期太阳系中。考虑到碳质小行星的碎片似乎广泛分布在内部太阳系，这类小行星或其碎片（如碳质球粒陨石）可能已向内部太阳系的广泛区域提供了葡萄糖和其他生命必需糖类，以及核苷碱基和蛋白质构建氨基酸。因此，所有三种生命关键构建模块都可能到达了前生命地球和其他可能宜居的行星。

这项研究不仅完善了生命基本组分的宇宙来源理论，还为理解太阳系内前生命化学过程提供了重要见解。贝努样本中糖类的检测，特别是核糖和葡萄糖的发现，将小行星研究推向新的高度，为探索地球生命起源和宇宙中生命可能性开辟了新途径。