在國家自然科學基金項目(批準號:11590780、11590784、11773054、11973075、U1731237、U1931104)等的資助下,中國科學院上海天文臺李娟、王均智研究員團隊與國內外研究人員合作,利用目前世界最大的射電望遠鏡——阿塔卡馬大型毫米波/亞毫米波陣列(Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array, ALMA),在人馬座B2(Sgr B2,見圖1左)中首次探測到丙酰胺分子C2H5CONH2,這是目前在星際空間發現的最大的類肽鍵分子。研究成果以“丙酰胺:星際最大類肽鍵分子(Propionamide (C2H5CONH2): The largest peptide-like molecular in space)”為題在《天體物理學雜志》(The Astrophysical Journal)上發表。

圖1 左:SPITZER 和VLA 望遠鏡觀測的銀河系中心的圖像。白色圓圈展示了巨分子云Sgr B2的位置。圖片版權: B. Saxton, NRAO/AUI/NSF from data provided by N.E. Kassim, Naval Research Laboratory。右:13CH3CN 分子的積分流量圖(等高線)疊加在丙酰胺分子的積分流量圖(彩圖)上。“X”標示了Sgr B2(N1) Sgr N2(N1S)的位置,“〇”標示了Sgr B2(N1E),也就是丙酰胺分子相對增豐的位置
蛋白質、DNA和RNA 是生命的三要素,蛋白質由氨基酸(NH2CH(R)COOH, R=H, CH3等)連接而成,兩個氨基酸之間的羧基和氨基發生脫水縮合,形成一個肽鍵結構-NHCO-。肽鍵是蛋白質中普遍存在的特殊結構,也是蛋白質的特征結構,因此類肽鍵分子的觀測對于星際蛋白質形成的研究具有重要科學意義。此前在星際空間探測到的200多個分子中,只有4個類肽鍵分子,大大限制了相關前生命分子形成的研究。
Sgr B2是位于銀河系中心的一個活躍的大質量恒星形成區,這一巨分子云是搜尋星際復雜有機分子的最佳場所,許多復雜有機分子都是首次在這里被發現的。目前,科學家們主要是通過探測和證認分子譜線發現新分子,但由于Sgr B2中存在豐富的復雜有機分子,譜線之間的干擾非常嚴重,微弱的復雜分子的信號淹沒在“譜線森林”中,很難找到足夠多條干凈的分子譜線,導致新分子的探測難度很大。研究人員通過與熱核分子的積分流量圖像比較這一巧妙辦法,找到了一個丙酰胺分子相對增豐的位置來證認丙酰胺分子(圖1右)。在這個位置上,研究人員共找到6條干凈的發射線和20多條部分混淆的發射線,這些發射線的強度、速度均與模型計算結果吻合。
該工作首次在星際空間探測到丙酰胺分子。這一分子由12個原子組成,不僅是星際空間探測到的最大的類肽鍵分子,也是目前星際空間探測到的最大的星際分子之一。該團隊還發現丙酰胺分子的豐度是乙酰胺的五分之一,甲酰胺的十九分之一。丙酰胺分子的發現表明更大的類肽鍵分子,甚至更復雜的生命相關分子可能在恒星形成過程中形成并穩定存在。這類分子的存在證據,有助于人類理解生命起源中一個至關重要的過程,即在星際空間由氨基酸形成蛋白質。