由北海道大学低温科学研究所的大场康弘副教授、日本国立研究开发法人海洋研究开发机构（JAMSTEC）的高野淑识首席研究员（兼任庆应义塾大学特任副教授）、古贺俊贵博士后研究员、日本东北大学研究生院理学研究科的古川善博副教授、九州大学研究生院理学研究院的奈良冈浩教授等人组成的国际研究团队，成功在NASA从碳质B型小行星“贝努”带回的颗粒样本中检测出了氨基酸、核酸碱基、羧酸、胺等多种有机化合物。这一发现提供了有关地外有机物合成的新见解：有机化合物是在低温环境下的氨溶液中反应形成的。相关研究成果已发表在期刊《Nature Astronomy》上。
“贝努”采集的样本照片以及从样本中检测出的有机成分示意图（供图：© NASA）
2023年9月24日，作为小行星探测计划的一部分，OSIRIS-REx探测器将取自碳质小行星“贝努”的121.6克样本带回了地球。NASA的Daniel·Glavin博士领导的SOAWG（有机化合物分析团队）对用于初步分析的“贝努”样本进行了研究，全面分析了样本中含有的有机化合物。
日本研究团队负责对包含在地球生命遗传物质中的核酸碱基等含氮杂环化合物进行分析，此次发布了分析获得的首批研究成果。
研究团队将约100毫克“贝努”样本按研究对象分装，分配给按氨基酸、羧酸等化合物分组的不同分析小组。将25.6毫克样本放入玻璃安瓿管中，与水（1毫升）共同加热以提取水溶性成分，并使用液相色谱-超高分辨率质谱仪分析提取液中的氨基酸等溶解成分。另外，核酸碱基的分析是在九州大学的无尘实验室中进行的，研究人员将17.75毫克样本与20%盐酸一同加热提取，在去除提取液中的无机盐后，再进行分析。
研究团队在热水提取液中检测到了包含生命蛋白质所需的14种氨基酸在内的33种氨基酸。并在这些氨基酸中发现，许多具有对映异构体的分子几乎存在等量的左手和右手结构（外消旋体）。尤其是作为蛋白质氨基酸的丙氨酸和天冬氨酸也表现为外消旋体形式，这不仅表明样本未受地球生物来源的污染，还与地球生命表现出的氨基酸左手结构的过量现象不一致。这些分析结果显示，小行星为地球提供了多种氨基酸，并使地外生命的同手性起源之谜进一步增添了神秘色彩。
此外，研究团队在盐酸提取液中检测到了生命遗传物质DNA、RNA所含的5种全部核酸碱基（胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶、腺嘌呤、鸟嘌呤）。尽管此前在碳质陨石中也检测到过这些物质，但除尿嘧啶外，这是首次在小行星采集样本中检测到。此外，作为氨基酸等有机化合物合成时非常重要的氮源——氨，其浓度与以往分析过的地外物质相比显得极高。这些富氮的“贝努”样本成分与富硫的小行星“龙宫”样本的成分形成鲜明的对比。由于氨具有强挥发性，只有在低温环境下才能稳定存在，因此高浓度的氨的发现表明，“贝努”母天体上的有机化合物合成主要是通过低温氨水反应实现的。
地球上的生命究竟是在何时、如何诞生的？要解开这个谜团，必须了解生命诞生前地球上，存在哪些生命材料以及它们的数量。而要理解这一点，分析贝努样本等地外物质至关重要，因为它们是地球生命关键成分的重要来源之一。鉴于OSIRIS-Rex计划中带回的小行星“贝努”样本，是迄今为止分析地外物质中受地球污染程度最低，因此，随着对贝努样本中有机化合物的深入分析，有望更清晰地勾勒出生命材料的清单。此外，未来对小行星龙宫所含有机分子的详细对比分析，以及水热蚀变过程中水-矿物-有机物相互作用的历史研究，还对除氨基酸和核酸碱基之外的生命材料候选物质的发现寄予了厚望。
目前，日本主导的火星卫星“火卫一（Phobos）”采样计划MMX（Mars Moons eXploration）等大规模地外采样返回计划也正在推进中。本次研究积累的技术和知识将为这些计划的成功作出重要贡献。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Astronomy
论文：Abundant ammonia and nitrogen-rich soluble organic matter in samples from asteroid (101955) Bennu
DOI：10.1038/s41550-024-02472-9
