[论文解读] Stability of 20 Biogenic Amino Acids in Concentrated Sulfuric Acid: Implications for the Habitability of Venus' Clouds

Maxwell D. Seager, Sara Seager+2 more|PubMed|Jan 2, 2024

Planetary Science and Exploration参考文献 69被引用 4

一句话总结

本研究调查了20种生物来源氨基酸在金星云层条件（81–98% w/w H₂SO₄，30–50 °C）下浓硫酸中的稳定性。四个星期后，19种氨基酸保持了其主链完整性，仅发生轻微侧链修饰，表明氨基酸结构可在金星的酸性云层中持久存在——这挑战了先前关于生化不相容性的假设，并拓展了基于硫酸的生物化学的可能性。

ABSTRACT

Scientists have long speculated about the potential habitability of Venus, not at the 700K surface, but in the cloud layers located at 48-60 km altitudes, where temperatures match those found on Earth's surface. However, the prevailing belief has been that Venus' clouds cannot support life due to the cloud chemical composition of concentrated sulfuric acid-a highly aggressive solvent. In this work, we study 20 biogenic amino acids at the range of Venus' cloud sulfuric acid concentrations (81% and 98% w/w, the rest water) and temperatures. We find 19 of the biogenic amino acids we tested are either unreactive (13 in 98% w/w and 12 in 81% w/w) or chemically modified in the side chain only, after 4 weeks. Our major finding, therefore, is that the amino acid backbone remains intact in concentrated sulfuric acid. These findings significantly broaden the range of biologically relevant molecules that could be components of a biochemistry based on a concentrated sulfuric acid solvent.

研究动机与目标

• 评估所有20种生物来源氨基酸在模拟金星云层条件下的化学稳定性。
• 确定氨基酸主链是否能在浓硫酸中存活，该溶剂此前被认为与生命相关化学不相容。
• 评估氨基酸稳定性对金星云层潜在可居住性的意义。
• 识别哪些氨基酸发生结构修饰，以及在何种条件（酸浓度、温度）下发生。
• 通过识别在金星大气环境中可能持久存在的生物化学相关分子，为未来任务提供信息。

提出的方法

• 将单个生物来源氨基酸暴露于81%和98% w/w的硫酸溶液中，在30 °C和50 °C下持续最多28天。
• 使用高效液相色谱法（HPLC）测定暴露后剩余完整氨基酸的含量。
• 通过质谱分析反应产物，检测侧链修饰情况。
• 比较在不同酸浓度下，20种氨基酸的降解速率和结构稳定性。
• 通过受控实验隔离温度和酸浓度对氨基酸稳定性的影响。
• 对氨基酸集合的存活率和修饰模式进行统计分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 生物来源氨基酸是否能在金星云层条件下于浓硫酸中保持其主链结构？
• RQ2 在81–98% H₂SO₄中，经过四周后哪些氨基酸发生降解或侧链修饰？
• RQ3 温度和酸浓度在该环境中如何影响氨基酸的稳定性？
• RQ4 氨基酸的结构特征（如侧链极性、电荷）在多大程度上影响其在硫酸中的稳定性？
• RQ5 氨基酸稳定性对金星云层中可能存在基于硫酸的生物化学有何启示？

主要发现

• 在四週后，20种生物来源氨基酸中有13种在98% w/w硫酸中保持化学惰性。
• 在四週后，20种氨基酸中有12种在81% w/w硫酸中保持化学惰性。
• 对于其余氨基酸，仅发生侧链修饰；氨基酸主链保持完整。
• 氨基酸主链在浓硫酸中的稳定性，挑战了长期以来认为此类溶剂与生命相关化学不相容的假设。
• 结果表明，大量生物相关分子可在金星的云层中持久存在，支持了存在替代生物化学的可能性。
• 研究结果显著拓宽了将浓硫酸视为地外生命潜在溶剂的视野。