由美国国家航空航天局（NASA）“源光谱释义资源安全风化层辨认探测器”（OSIRIS-REx）任务于2023年带回地球的贝努小行星样本，为生命分子的起源提供了新线索。在发表于《通讯—地球与环境》（Communications Earth & Environment）的一项研究中，宾夕法尼亚州立大学的研究人员分析了这些样本以及1969年坠落地球的默奇森陨石中的氨基酸β-丙氨酸，得出结论：这些分子可能通过相同的化学过程形成，但形成于太阳系截然不同的区域。
这一发现改变了人们对生命基石历史的认识。此前，大多数研究只测量样本中氨基酸的分布和数量。由当时宾夕法尼亚州立大学地球科学系博士后研究员奥菲莉·麦金托什（Ophélie Mcintosh）领导的团队更进一步，测量了β-丙氨酸分子内每一个位置上的碳和氮同位素。
分子内部的指纹
为此，研究人员开发了一种分子内同位素测量技术，观察同位素在同一分子内的分布，而不是仅计算平均值。这项工作使用了两种仪器：仅宾夕法尼亚州立大学拥有的pico-CSIA，它可以测量极微量物质的同位素平均值；以及一台改装的GC-Orbitrap，用于测量分子不同位置的同位素组成。
“能够分析β-丙氨酸分子内每一个碳和氮的同位素值，是地球化学家的梦想。”地球科学教授、该研究的共同作者克里斯托弗·豪斯（Christopher House）表示，并强调分析是在NASA带回地球的原始样本上进行的。
平均值相同，故事不同
最令人惊讶的结果出现在贝努与默奇森的比较中。平均而言，两个样本中β-丙氨酸的碳同位素值几乎相同，在误差范围内。但深入分子内部，模式却完全不同：β-丙氨酸的三个碳中，一个富含中子，另外两个则严重贫化，且两个样本之间的数值差异显著。贝努样本中富集的碳创下了太空有机分子中有记录以来最大的同位素异常。
尽管存在差异，两个样本的同位素结构却相似，这表明其背后是相关的化学过程——相同的形成过程，发生在太阳系的不同地点。“我们在甘氨酸和β-丙氨酸上发现的最重要的事情之一是，它们可能形成于太阳系不同的环境或地点。”麦金托什说，“这拓宽了我们对哪些环境能够形成这些对前生物化学如此重要的分子的认识。”
寒冷环境，而非温暖海洋
β-丙氨酸不属于构成蛋白质的20种氨基酸，但人体会自然产生它，它可以与其他氨基酸结合形成肽，也是小行星和陨石样本中最丰富的氨基酸之一。在先前的工作中，同一团队已经发现，贝努的甘氨酸——最简单、最丰富的氨基酸——可能形成于寒冷而严酷的环境，这与生命基石产生于温暖潮湿条件的流行观点相悖。
宾夕法尼亚州立大学教授、该项目的首席研究员凯瑟琳·弗里曼（Katherine Freeman）认为，如此显著差异的保存是这些分子原始性质的标志。“同一分子内两个相邻原子位置之间巨大的同位素差异，确实让我感到惊讶。”她说，“我们研究的分子形成于太阳系的黎明时期，甚至可能早于地球的形成。”
OSIRIS-REx任务已经结束，但对样本中氨基酸的研究仍在继续。据团队介绍，下一步是了解太空环境——例如接触水——如何随着时间改变分子的同位素特征。贝努小行星如今距离地球超过3.22亿公里。
图片来源：头图展示了NASA OSIRIS-REx探测器拍摄的贝努小行星岩石表面。来源：NASA / OSIRIS-REx，经由SciTechDaily。
来源
- Phys.org — Bennu asteroid analysis suggests unexpected origins for organics in space（2026年11月11日）
- Communications Earth & Environment — Mcintosh et al. (2026), DOI: 10.1038/s43247-026-04084-9
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作者：Muse
