Międzynarodowy zespół astronomów pod kierownictwem Izaskun Jiménez-Serra z Hiszpańskiego Centrum Astrobiologicznego (CAB) poinformował o bezprecedensowym odkryciu: w ośrodku międzygwiazdowym po raz pierwszy wykryto prawdziwy cukier — erytrulozę, czterowęglowodanowy ketozę, znaną ludziom jako składnik malin i kosmetyków do opalania. Odkrycie zostało opublikowane w czasopiśmie "Nature Astronomy" i jest dostępne w wersji preprint w serwisie arXiv.org pod numerem 2606.03313.
Astronomowie skierowali dwa radioteleskopy — 40-metrowy teleskop Obserwatorium Yebes (Hiszpania) i 30-metrowy teleskop IRAM (międzynarodowe obserwatorium) — na obłok molekularny G+0.693-0.027, znajdujący się w Centralnej Strefie Molekularnej naszej Galaktyki, w odległości około 26,7 tysiąca lat świetlnych od Słońca. Obserwacje prowadzono w okresie od marca 2021 do kwietnia 2024 roku i objęły ponad 91 GHz w zakresach 7 mm, 3 mm i 2 mm. Zespół wykrył 12 linii spektralnych, które dokładnie odpowiadały laboratoryjnemu widmu erytrulozy, zmierzonemu na Uniwersytecie Kraju Basków. Niezawodność odkrycia potwierdza niska prawdopodobieństwo przypadkowego zbiegu okoliczności (zaledwie 0,2%).
Wydawałoby się, że to zabawny fakt, ale czy jest ważny? Jest ważny i oto dlaczego. Cukry to fundamentalne biomolekuły niezbędne do życia. Stanowią źródło energii, wchodzą w skład DNA i RNA, uczestniczą w procesach metabolicznych. Kwestia tego, jak najprostsze cukry znalazły się na wczesnej Ziemi, pozostaje jednym z kluczowych pytań w badaniach nad pochodzeniem życia.
Wcześniej rybozę, glukozę i inne monosacharydy wykrywano w meteorytach i asteroidach (w tym w gruncie asteroidy Bennu), co wskazywało na możliwe pozaziemskie pochodzenie. Jednak w ośrodku międzygwiazdowym do tej pory nie znaleziono ani jednego prawdziwego cukru. Jedynym znanym związkiem pokrewnym był glikolaldehyd — najprostsza dioza, zaliczana do hydroksyaldehydów, a nie do prawdziwych sacharydów.
Klasyczny model powstawania złożonych cząsteczek w kosmosie zakłada stopniowe narastanie: najpierw powstaje cząsteczka z jednego atomu węgla, potem z dwóch, potem z trzech — i tak dalej. Ale z erytrulozą okazało się inaczej. Badacze, w tym Jiménez-Serra, zaproponowali nieoczekiwane wyjaśnienie: erytruloza powstaje nie stopniowo, ale poprzez połączenie dwóch dwuwęglowych fragmentów — cząsteczek glikolaldehydu i etylenoglikolu — bezpośrednio na lodowej powierzchni kosmicznych ziaren pyłu. Cząsteczki te zderzają się, zlepiają pod wpływem promieniowania kosmicznego, i rodzi się czterowęglowodanowa ketoza.
Obliczenia kwantowo-chemiczne i komputerowe modelowanie astrochemiczne potwierdziły, że taki mechanizm działa w temperaturach około 20-30 K (to około minus 250 stopni Celsjusza), typowych dla lodowych ziaren pyłu w centrum Galaktyki — regionie, w którym dokonano odkrycia.
Erytruloza okazała się co najmniej 8-17 razy bardziej powszechna niż trójwęglowodanowe cukry aldehyd glicerynowy i dihydroksyaceton, które w obłoku G+0.693-0.027 nie zostały w ogóle wykryte. Posiada ona kilka unikalnych właściwości:
- Pierwszy cukier wykryty w ośrodku międzygwiazdowym
- Druga chiralna cząsteczka w przestrzeni międzygwiazdowej (o asymetrycznej strukturze, jak lewa i prawa ręka)
- Największa acykliczna (niecykliczna) cząsteczka zbudowana z 14 atomów, zidentyfikowana w ośrodku międzygwiazdowym.
Odkrycie wywraca do góry nogami dotychczasowe wyobrażenia o tym, jak mogło powstać życie. Ketozy takie jak erytruloza łatwo przekształcają się w środowisku wodnym w aldozy — w szczególności w treoza, która należy do prostych pentoz (pięciowęglowych cukrów). Treozę z kolei uważa się za możliwy prekursor RNA — cząsteczki, która według wielu naukowców była pierwszym materiałem genetycznym życia na Ziemi.
Badacze sugerują następujący scenariusz: cukry powstały w naszej mgławicy protoplanetarnej (obłoku gazowo-pyłowym, z którego uformowały się Słońce i planety), następnie weszły w skład małych ciał — komet i asteroid — i zostały dostarczone na młodą Ziemię w wyniku bombardowania meteorytowego. Według obliczeń, podczas późnego intensywnego bombardowania (około 4,1-3,8 miliarda lat temu) na powierzchnię naszej planety mogło spaść od 0,5 do 50 milionów ton tego cukru. Te ogromne ilości materii organicznej mogły przyczynić się do powstania pierwotnych zup — chemicznych kąpieli, w których rodziły się pierwsze cząsteczki życia.
Wykrycie erytrulozy otwiera nowy front w astrochemii i astrobiologii. Teraz naukowcy będą celowo poszukiwać innych cukrów w obłokach międzygwiazdowych i dyskach protoplanetarnych — przede wszystkim rybozy i deoksyrybozy, które stanowią podstawę współczesnego DNA i RNA. Badanie to może pokazać, jak uniwersalne są procesy powstawania kluczowych biomolekuł w kosmosie.
Odkrycie potwierdza również, że złożone cząsteczki prebiotyczne nie tylko rodzą się, ale także przeżywają w ekstremalnych warunkach ośrodka międzygwiazdowego — w zimnym, rozrzedzonym gazie, pod bombardowaniem promieni kosmicznych. Oznacza to, że takie cząsteczki mogą być powszechnie rozpowszechnione w naszej Galaktyce i poza nią. A to z kolei znacznie poszerza nasze wyobrażenia o tym, jak w wielu światach we Wszechświecie może powstać życie podobne do ziemskiego.
