קבוצה בינלאומית של אסטרונומים בהובלת איזסקוּן חימנס-סרה מהמרכז לאסטרוביולוגיה (CAB) בספרד דיווחה על תגלית חסרת תקדים: לראשונה התגלה סוכר אמיתי בתווך הבין-כוכבי — אריתרולוז, קטוז בעל ארבעה אטומי פחמן, המוכר לבני האדם כמרכיב בפטל ובמוצרי קוסמטיקה לשיזוף. התגלית פורסמה בכתב העת Nature Astronomy וזמינה כטיוטה באתר arXiv.org תחת המספר 2606.03313.
האסטרונומים כיוונו שני רדיו-טלסקופים — הטלסקופ בקוטר 40 מטרים של מצפה הכוכבים יבס (ספרד) והטלסקופ בקוטר 30 מטרים של IRAM (מצפה כוכבים בינלאומי) — לעבר ענן מולקולרי G+0.693-0.027, הממוקם באזור המולקולרי המרכזי של הגלקסיה שלנו במרחק של כ-26.7 אלף שנות אור מהשמש. התצפיות נערכו בתקופה שבין מרץ 2021 לאפריל 2024 וכיסו יותר מ-91 ג'יגה-הרץ בטווחים של 7 מ"מ, 3 מ"מ ו-2 מ"מ. הצוות זיהה 12 קווים ספקטרליים התואמים במדויק לספקטרום המעבדתי של אריתרולוז, שנמדד באוניברסיטת חבל הבאסקים. מהימנות התגלית אושרה על ידי הסתברות נמוכה למקריות (רק 0.2%).
זה אולי נשמע כמו עובדה משעשעת, אך האם זה חשוב? זה חשוב, והנה הסיבה. סוכרים הם ביו-מולקולות בסיסיות הנחוצות לחיים. הם משמשים כמקור אנרגיה, מהווים חלק מה-DNA וה-RNA, ומעורבים בתהליכים מטבוליים. השאלה כיצד הגיעו סוכרים פשוטים לכדור הארץ הקדום נותרה אחת השאלות המרכזיות בחקר מוצא החיים.
בעבר התגלו ריבוז, גלוקוז וחד-סוכרים אחרים במטאוריטים ובאסטרואידים (כולל דגימות קרקע מהאסטרואיד בנו), מה שהצביע על מקור חיצוני אפשרי. עם זאת, בתווך הבין-כוכבי טרם נמצא עד כה אף סוכר אמיתי. התרכובת הקרובה היחידה שהייתה מוכרת היא גליקול-אלדהיד — הדיאוזה הפשוטה ביותר, המסווגת כהידרוקסי-אלדהיד ולא כסוכר אמיתי.
המודל הקלאסי ליצירת מולקולות מורכבות בחלל מניח בנייה הדרגתית: תחילה נוצרת מולקולה בעלת אטום פחמן אחד, לאחר מכן שתיים, לאחר מכן שלוש — וכן הלאה. אך עם אריתרולוז הדברים התבררו כשונים. החוקרים, ובהם חימנס-סרה, הציעו הסבר בלתי צפוי: אריתרולוז אינו נוצר בהדרגה, אלא באמצעות חיבור של שני מקטעים דו-פחמניים — מולקולות של גליקול-אלדהיד ואתילן גליקול — ישירות על פני השטח הקפואים של אבק קוסמי. מולקולות אלו מתנגשות, נצמדות זו לזו בהשפעת קרינה קוסמית, וכך נוצרת קטוזה בעלת ארבעה אטומי פחמן.
חישובים קוונטיים-כימיים ומידול אסטרוכימי ממוחשב אישרו שמנגנון זה פועל בטמפרטורות של כ-20-30 קלווין (שהן בערך מינוס 250 מעלות צלזיוס), האופייניות לגרגירי אבק קפואים במרכז הגלקסיה — האזור שבו התגלתה התגלית.
האריתרולוז התגלה כנפוץ לפחות פי 8-17 מסוכרים תלת-פחמניים כמו גליצראלדהיד ודיהידרוקסי-אצטון, אשר לא נמצאו כלל בענן G+0.693-0.027. הוא ניחן בכמה תכונות ייחודיות:
- הסוכר הראשון שהתגלה בתווך הבין-כוכבי
- המולקולה הכיראלית השנייה בחלל הבין-כוכבי (בעלת מבנה אסימטרי, בדומה ליד ימין ושמאל)
- המולקולה הא-ציקלית (הלא-טבעתית) הגדולה ביותר המורכבת מ-14 אטומים שזוהתה בתווך הבין-כוכבי.
התגלית משנה מן היסוד את התפיסה לגבי האופן שבו יכלו להיווצר החיים. קטוזות כמו אריתרולוז הופכות בקלות בסביבה מימית לאלדוזות — ובפרט לתריאוז, השייך לפנטוזות פשוטות (סוכרים בעלי חמישה אטומי פחמן). תריאוז, מצדו, נחשב לחומר מוצא אפשרי ל-RNA — המולקולה שלפי דעת מדענים רבים הייתה החומר הגנטי הראשון של החיים על פני כדור הארץ.
החוקרים משערים את התרחיש הבא: הסוכרים נוצרו בערפילית הקדם-שמשית שלנו (ענן גז ואבק שממנו נוצרו השמש וכוכבי הלכת), לאחר מכן נכללו בהרכבם של גופים קטנים — שביטים ואסטרואידים — והגיעו לכדור הארץ הצעיר כתוצאה מהפצצה מטאוריטית. לפי החישובים, במהלך ההפצצה הכבדה המאוחרת (לפני כ-4.1 עד 3.8 מיליארדי שנים), עשויים היו ליפול על פני כוכב הלכת שלנו בין 0.5 ל-50 מיליוני טונות של סוכר זה. כמויות עצומות אלו של חומר אורגני יכלו לתרום להיווצרותם של מרקים פרה-ביוטיים — "אמבטיות" כימיות שבהן נולדו מולקולות החיים הראשונות.
גילוי האריתרולוז פותח חזית חדשה באסטרוכימיה ובאסטרוביולוגיה. כעת יחפשו המדענים באופן ממוקד סוכרים אחרים בעננים בין-כוכביים ובדיסקות קדם-פלנטריות — ובראש ובראשונה ריבוז ודאוקסיריבוז, המשמשים בסיס ל-DNA ול-RNA המוכרים לנו כיום. מחקר זה עשוי להראות עד כמה אוניברסליים תהליכי היווצרותן של ביו-מולקולות מפתח בחלל.
התגלית גם מאשרת כי מולקולות פרה-ביוטיות מורכבות לא רק נוצרות, אלא גם שורדות בתנאים הקיצוניים של התווך הבין-כוכבי — בגז קר ודליל, תחת הפצצה של קרינה קוסמית. משמעות הדבר היא שמולקולות כאלו עשויות להיות נפוצות בכל רחבי הגלקסיה שלנו ומחוצה לה. וזה, מצדו, מרחיב במידה ניכרת את התפיסה שלנו לגבי מספר העולמות ביקום שבהם עשויים להיווצר חיים הדומים לאלו שעל פני כדור הארץ.
