假设地球上的生命演化自一份丰盛的佐以有机太空尘埃的宇宙原始汤中,那我们不禁要问这种可以孕育生命的有机分子是如何首先产生的呢。现在,一项试验使我们对这个问题有了新的思路。

如何控制多环芳烃类化合物(宇宙原始汤关键调味料)(1)

美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员证明了两个相对简单的碳分子是如何在恒星周围结合并形成环状化合物——多环芳烃(PAHs)的。

正是这些小小的蜂窝状结构使得简单的碳氢化合物链跃升成为可能会与核酸和蛋白质相关联的更加复杂的结构块。

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太空中布满了多环芳烃这类物质,事实上,银河系中多达20%的碳都是锁定在多环芳烃中的。

它具备可以构建更大有机物质所需的所有组分,包括3D球形结构,例如布基球。

生命是否真的起源于这种有机分子这个问题依然充满争议,这些有趣的小结构块是如何形成的也尚未有定论。

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幸运的是,化学家对此有很多想法,有些假设可以很好地解释某些种类的PAH的形成,但其余种类的PAH他们却很难解释,更不用说去解释我们在星际介质中看到的大量的有机物质。

一种假设表明,一些具有未配对电子的短寿命碳--被称为自由基的分子,可能会在某种特定环境下发生碰撞,从而以很高的速度构建出特定环状结构。

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这确实是个很好的思路,但是要想找到支持这种理论的确凿依据却十分具有挑战性。

伯克利实验室化学科学部的化学家穆沙希德·艾哈迈德(Musahid Ahmed)说:“人们曾经想过在高温下进行实验测量,但从未尝试过。”

为了验证这一假设,研究人员把实验环境温度加热到大约1,150摄氏度(大约2105华氏度),将单环碳原子团的1-茚基引入了甲基自由基。

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然后,用一种反射式飞行时间质谱仪测量以高速喷射出反应堆的射流,发现形成了一种基本的PAH,只有十个碳原子连接成的一对环状结构,称为萘。

对我们大多数人来说,就是这种物质使得蛾子臭气扑鼻。对化学家来说,这是一些很酷的星际间化学的潜在起点。

夏威夷大学化学家拉尔夫·凯泽(Ralf I. Kaiser)说:“几十年来,人们一直猜想在燃烧的火焰中和宇宙深处的自由基与自由基反应可能会形成芳香结构,但没有太多的证据支持这一假说。”

如何控制多环芳烃类化合物(宇宙原始汤关键调味料)(6)

这说明,类似上述实验的概念证明是在从碳形成的基本物理原理走向生命化学兴起的道路上迈了重要一步。

重要的是,它并不一定要反驳其他可以解释PAHs形成的模型。早前,相同的研究小组已经确定了许多值得进一步调查的途径。

艾哈迈德说:“可能是上述所有原因,所以它不仅仅是一种形成方式。我认为这就是使研究变得有趣的原因。”

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了解生命的恒星起源当然吸引着我们的兴趣,但是,小碳环的形成也对地球上的生命健康产生巨大的影响。

从汽车发动机中的碳氢化合物燃料和润滑剂的燃烧到家庭烧烤中的培根滋滋作响,我们附近的环境中也生成了大量的PAH。

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不幸的是,对于炭火烤肉的爱好者来说,PAH对我们的健康非常有害,会导致各种严重的健康问题,包括癌症。

因此了解更多PAHs产生的方式,也有助于我们找到方法来限制它们的生成。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 秋声- sciencealert- MIKE MCRAE

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