MIT今次研究並冇證明金星有生命,亦冇發現任何金星生物。研究展示嘅係一個更窄、但相當重要嘅化學可能性:喺模擬金星硫酸雲嘅實驗環境中,部分短肽可以維持好多個星期,仲會摺疊成有固定形狀嘅Ω形環結構。呢類結構理論上可以提供分子辨認、選擇性結合或者其他化學功能所需嘅表面。
4
實驗究竟證明咗乜?
研究人員將短肽鏈放入接近純硫酸嘅溶液,再用溶液核磁共振(NMR)追蹤分子狀態。結果顯示,受測短肽並冇喺短時間內完全消失,亦冇變成毫無秩序嘅鏈;相反,佢哋喺數星期後仍然可以被偵測到,並採取可重複觀察嘅三維形狀,包括類似Ω形環嘅結構。
4
12
Ω形環可以理解為肽鏈入面一個緊密嘅彎曲位。分子有冇生物功能,唔單止取決於由邊啲原子組成,亦取決於呢啲原子喺三維空間點樣排列。一個穩定嘅摺疊,可以形成有選擇性嘅結合面,或者幫助分子組裝及進行化學互動。
但要留意,結果只適用於部分受測序列,唔代表所有短肽都耐酸。較早一項研究檢驗20種同型二肽,發現大部分喺濃硫酸中幾個星期內會發生溶劑解;不過,組氨酸—組氨酸(HH)同甘氨酸—甘氨酸(GG)等少數例外,就算喺98%硫酸中亦至少穩定四個月。
1
點解水分少,可能反而減慢肽鍵分解?
一般肽鍵水解,需要水分子參與打斷兩個氨基酸之間嘅鍵。但金星式硫酸溶液入面水分極少,而且水分子會同硫酸緊密結合。呢種情況可能限制水解反應所需嘅路徑,解釋點解某啲短肽喺極端酸性環境中仍然可以保存。
不過,呢個只係一個合理嘅化學解釋,唔係話短肽從此對硫酸免疫。穩定性仍然會受到分子序列、硫酸濃度、溫度同暴露時間影響。早前二肽研究已經顯示,大部分序列其實並唔穩定,只有少數分子喺特定條件下抵抗分解。
1
另一項關於肽核酸(PNA)嘅研究亦反映出類似嘅「有條件穩定」。4種PNA六聚體喺約25°C、98%硫酸中放置14日後,按序列不同,降解程度由0.4%至28.6%不等;但溫度升至80°C以上,就會完全發生溶劑解。
3
800 MHz核磁共振睇到咗乜?
今次高磁場NMR實驗唔只係用嚟測試短肽「仲喺唔喺度」。NMR訊號可以用嚟追蹤分子有冇保持化學完整,亦可以推斷原子喺溶液中點樣排列。MIT研究嘅數據顯示,短肽喺硫酸中保留咗明確而且可重複嘅摺疊,而唔係隨機散開嘅肽鏈。
4
研究人員推測,硫酸分子可能會喺短肽周圍形成有秩序嘅溶劑化環境。換句話講,當水分唔存在時,硫酸本身可能以某種方式幫助整理同穩定肽鏈嘅形狀,發揮類似分子「支架」嘅作用。
呢點同地球上熟悉嘅生物化學好唔同。地球蛋白質通常喺水入面摺疊,水分子參與嘅作用亦會影響佢哋最後形成嘅結構。今次結果就提示,即使換咗一種極端而非水性嘅溶劑,某啲肽鏈仍然可能形成有組織嘅形狀。
但研究證據仍然只去到「保存同摺疊」呢一步,未證明短肽可以進行完整嘅蛋白質式催化、新陳代謝、自我複製,或者任何完整生物過程。呢啲係重要前提,但唔係一個生物體存在嘅證據。
研究點樣接續之前嘅金星雲層化學結果?
短肽研究並唔係孤立出現,而係延續一系列實驗結果:濃硫酸未必會摧毀所有同地球生命有關嘅有機分子。
- 一項研究測試20種生物氨基酸,發現其中19種喺81%及98%硫酸環境放置4星期後,要麼反應甚少,要麼只係側鏈受到改變;氨基酸主骨架仍然保持完整。
2
- 研究亦報告,腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤、胸腺嘧啶同尿嘧啶等核酸鹼基,喺與金星雲層相關嘅濃硫酸條件下,室溫保存超過一年仍然穩定。
8
- 另一方面,較早嘅二肽研究證明好多肽鍵其實唔穩定,反映分子能否生存係有選擇性,並非所有有機物都可以自動捱過硫酸。
1
將呢啲結果放埋一齊,研究問題就由「似地球嘅生物分子可唔可以喺金星式酸液中生存?」進一步變成:「唔同類型分子可唔可以保持足夠耐,互相作用、組裝、摺疊,甚至進行具功能嘅化學?」
點解「摺疊」對尋找生命咁重要?
好多生物功能都依賴分子形狀。摺疊後嘅短肽可能形成選擇性結合面,或者營造一個隨機肽鏈做唔到嘅局部化學環境。如果非水性溶劑都可以穩定呢類結構,咁「冇液態水」本身,未必足以排除所有複雜化學嘅可能性。
但呢個唔代表金星按地球標準係宜居。金星雲層仍然係化學環境極端嘅地方,而實驗室配方亦係經過簡化。真實雲滴嘅成分、溫度、水活度、微量化學物同物理行為,都可能同實驗條件唔同。因此,研究只係擴闊咗值得測試嘅環境範圍,並冇確認金星存在生物圈。
下一關:PNA可唔可以承載遺傳式資訊?
研究人員提出嘅其中一個後續方向,係測試雙鏈肽核酸(PNA)。PNA之所以受重視,係因為佢可以充當類似DNA嘅資訊承載聚合物;不過,PNA喺濃硫酸中嘅穩定性亦明顯受序列同溫度影響。現有實驗只測試過短嘅單鏈PNA六聚體,並且只係量度室溫下兩星期內嘅部分保存情況,並未測試遺傳或複製。
3
更關鍵嘅問題係:雙鏈PNA可唔可以形成、保持穩定,以及喺酸液中進行具序列選擇性嘅配對?如果答案係肯定,將會為硫酸化學中嘅分子辨認同資訊儲存提供更多證據。但即使如此,仍然距離證明生命存在相當遠。
對金星及系外行星搜尋有咩意義?
未來探測金星嘅任務,如果可以直接取樣或分析雲層,就有機會檢查實驗室混合物係咪真係接近金星現場。雲滴成分、溫度、水活度、微量元素同有機分子等數據,都有助判斷實驗結果可以幾大程度套用到金星本身。
更廣泛嘅天體生物學啟示係:搜尋宜居環境時,唔應該只盯住「地球雙胞胎」。如果某啲金星式世界嘅大氣,可以提供保存、摺疊同整理複雜分子所需嘅溶劑及能量環境,佢哋都值得納入考慮。
MIT今次結果令呢種可能性更加可信,但目前仍然係一個等待進一步實驗同行星觀測驗證嘅科學問題,唔係金星生命嘅發現。
4