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硝基苯分子中存在的電子效應

生活 更新时间:2024-08-29 09:16:10

作為地球的姐妹星球,火星在人類的探索目标中一直占據着主要地位,有迹象表明火星的過去也存在在山川和海洋,隻是當火星的磁場莫名消失後,無情的宇宙粒子直接剝奪了火星上的宜居條件。直至今日,科學家仍在尋找火星上曾經生命存在的可能線索!令人興奮的是,來自NASA的好奇号發現了可能是火星生命産生的有機分子----硫代苯!

硝基苯分子中存在的電子效應(硫代苯在火星上被發現了)1

硫代苯是什麼?

硫代苯,它其實是一種表現很像苯的分子。在原油、煤和松露都含有硫苯,其他一些物質也是如此。火星科學實驗室的“好奇号”在火星上發現了硫代苯,雖然這并不能最終證明火星上曾經存在過生命,但它的發現對“好奇号”來說是一個重要的裡程碑。

美國國家航空航天局(NASA)的“好奇号”使命是評估火星上是否曾經有過一個能夠支持微生物這種小型生命形式的環境。換句話說,它的任務是确定地球的“可居住性”。直至今日,好奇号已經發現了許多火星過去河流甚至生命的線索!

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柏林科技大學的兩位科學家Dirk Schulze-Makuch和Jacob Heinz認為,“好奇号”(thiophenes Curiosity)在火星上發現的硫代苯可能是火星早期生命的一個關鍵特征。如果他們是對的,那麼火星曾經居住着簡單的生命形式。

此次在火星沉積物中發現的硫代苯,它是在火星上發現的許多關鍵分子之一,可能有生物起源。硫代苯也可以通過成岩作用産生非生物起源,成岩作用是指當沉積物變成沉積岩時所發生的物理和化學變化。

通過調查火星上的沉積岩,科學家發現硫代苯可以通過生物過程産生,也可以通過非生物過程産生,比如沉積物變成沉積岩。

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為了在火星沉積物中找到硫代苯,“好奇号”必須先把樣本加熱到500攝氏度以上。然後,“好奇号”用火星上的樣本分析儀器“薩姆”對它進行了檢測。薩姆用氣相色譜-質譜法分析了樣品中逸出的氣體。結果發現了幾種似乎比化學途徑更可能産生硫代嘌呤的生物途徑,但是需要進一步的證據。如果你在地球上發現了硫代苯,那麼你會認為它們是生物性的,但在火星上,證明這一點的難度肯定要高得多。

硫代苯的結構表明它可能是生物起源。它們有四個碳原子和一個硫原子組成的環,還有氫原子。烴類是有機化學的基本元素,含硫原子的烴類分子是有機化學研究的重要組成部分。

噻吩分子

研究還表明,有非生物來源的硫苯可以通過流星撞擊和一種叫做熱化學硫酸鹽還原的過程産生,在這種過程中,化合物被加熱到120攝氏度以上。

但科學家更加關注的是硫代苯的生物來源。在遙遠的過去,大約30億年前,火星是一個完全不同的地方。它可能有一個溫暖而潮濕的環境,可以孕育生命。這些古老的細菌可能在生物學上促進了硫酸鹽還原過程,從而産生了“好奇号”探測到的硫代苯。

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所幸好奇心比它的前輩們的勇氣号和機遇号要先進得多,它利用技術将大分子分解成小分子進行分析。但是當下一個火星探測器,歐洲航天局的ExoMars任務,到達這顆紅色星球時,它将帶來更先進的技術。

ExoMars的MOMA(火星有機分子分析儀)是ExoMars漫遊者上首要的天體生物學儀器,也是最大的儀器。它比“好奇号”的儀器更精緻,而且它不依賴碎片來研究分子。MOMA将允許收集和研究更大的分子。

歐空局的ExoMars漫遊者将于2021年登陸火星,繼續尋找火星上存在遠古生命的證據。

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MOMA将使用同質性的概念來識别生物或非生物的分子,這是好奇号無法做到的。同質性是氨基酸和糖的一種特性,生命所必需的許多有機分子,包括氨基酸和糖,可分為左旋和右旋兩種,稱為手性。

在地球生命中,20種氨基酸中有19種是同型和左手性的,而作為RNA和DNA組成部分的糖是同型和右手性的。同質性對于有效的新陳代謝是至關重要的。但是同樣的化學物質在實驗室中産生的左手和右手類型的豐度是一樣的。基本的想法是,如果我們找到了構成生命的同質積木,它們可能有生物來源。

生命中許多最重要的分子可以以左旋或右旋的形式存在。他們需要能夠與對方“握手”,以發揮作用。人們從右到右握手,或者從左到右握手。不可能從右向左搖擺,反之亦然。同位素比值還可以區分具有生物或非生物起源的相同原子。兩位科學家舒爾茨-馬庫奇和海因策認為,來自ExoMars漫遊者的一些數據也應該用來尋找碳和硫的同位素。特别是兩者較輕的同位素。他們認為那是我們最有可能找到生物起源的地方。

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不過生命形式傾向于改變它們所産生元素的輕同位素和重同位素之間的平衡。這個比例不同于相同元素在它們的構件中的比例。這是舒爾茨·馬庫奇所說的“生命的迹象”。

關于火星上有生命的讨論已經持續了幾十年。1976年海盜号登陸器登陸火星時,他們進行了第一次現場測量,尋找有機化合物。他們的發現在今天仍然有些争議,因為沒有實驗室實驗能夠完全重現這些結果。然而,科學界普遍認為維京人的發現可以用非生物來源來解釋。

ExoMars漫遊者是我們了解古代火星宜居性的下一步。它的實驗結果可能會讓我們更确切地了解火星上是否曾經存在生命。但不幸的是,這可能不會讓我們得到那個結論。除非我們真的需要把人送到那裡去,再利用顯微鏡或許能看到最深處的細節!

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