Một nhóm các nhà thiên văn quốc tế do Izaskun Jiménez-Serra từ Trung tâm Vũ trụ Sinh học Tây Ban Nha (CAB) đứng đầu đã báo cáo một khám phá chưa từng có: đường thực sự - erythrose, một loại ketoza bốn carbon, được người Trái Đất biết đến như một thành phần của mâm xôi và các sản phẩm mỹ phẩm làm rám nắng - đã được phát hiện lần đầu tiên trong môi trường giữa các vì sao. Khám phá này đã được công bố trên tạp chí "Nature Astronomy" và có sẵn dưới dạng bản in trước trên arXiv.org với số hiệu 2606.03313.
Các nhà thiên văn đã hướng hai kính thiên văn vô tuyến - kính thiên văn 40 mét của Đài quan sát Yebes (Tây Ban Nha) và kính thiên văn IRAM 30 mét (đài quan sát quốc tế) - về phía đám mây phân tử G+0.693-0.027, nằm trong Vùng phân tử Trung tâm của Thiên hà của chúng ta, cách Mặt Trời khoảng 26,7 nghìn năm ánh sáng. Các quan sát được thực hiện từ tháng 3 năm 2021 đến tháng 4 năm 2024 và bao phủ hơn 91 GHz trong các dải 7 mm, 3 mm và 2 mm. Nhóm đã phát hiện ra 12 vạch phổ, hoàn toàn trùng khớp với phổ thực nghiệm của erythrose được đo tại Đại học Xứ Basque. Độ tin cậy của khám phá được xác nhận bởi xác suất thấp của sự trùng hợp ngẫu nhiên (chỉ 0,2%).
Có vẻ như là một sự thật thú vị, nhưng nó có quan trọng không? Nó rất quan trọng, và đây là lý do tại sao. Đường là các phân tử sinh học cơ bản, cần thiết cho sự sống. Chúng phục vụ như một nguồn năng lượng, là thành phần của DNA và RNA, và tham gia vào các quá trình trao đổi chất. Câu hỏi về cách đường đơn giản xuất hiện trên Trái Đất sơ khai vẫn là một trong những câu hỏi trung tâm trong nghiên cứu về nguồn gốc sự sống.
Trước đây, ribose, glucose và các monosacarit khác đã được phát hiện trong các thiên thạch và tiểu hành tinh (bao gồm cả đất tiểu hành tinh Bennu), cho thấy nguồn gốc có thể từ bên ngoài. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa có loại đường thực sự nào được tìm thấy trong môi trường giữa các vì sao. Hợp chất liên quan duy nhất được biết đến là glycolaldehyde - một loại dioza đơn giản nhất, được phân loại là hydroxyaldehyde, chứ không phải saccharide thực sự.
Mô hình cổ điển về sự hình thành các phân tử phức tạp trong vũ trụ cho rằng sự tích lũy từng bước: đầu tiên một phân tử có một nguyên tử carbon hình thành, sau đó là hai, sau đó là ba - cứ tiếp tục như vậy. Nhưng với erythrose thì mọi thứ lại khác. Các nhà nghiên cứu, bao gồm cả Jiménez-Serra, đã đề xuất một lời giải thích bất ngờ: erythrose không hình thành dần dần, mà bằng cách kết hợp hai mảnh hai carbon - các phân tử glycolaldehyde và ethylene glycol - ngay trên bề mặt băng của các hạt bụi vũ trụ. Các phân tử này va chạm, kết dính dưới tác động của bức xạ vũ trụ, và tạo ra một loại ketoza bốn carbon.
Các tính toán hóa học lượng tử và mô hình hóa hóa học vũ trụ bằng máy tính đã xác nhận rằng cơ chế này hoạt động ở nhiệt độ khoảng 20-30 K (khoảng âm 250 độ C), điển hình cho các hạt bụi băng ở trung tâm Thiên hà - khu vực nơi khám phá này được thực hiện.
Erythrose hóa ra phổ biến hơn ít nhất 8-17 lần so với các loại đường ba carbon glyceraldehyde và dihydroxyacetone, vốn hoàn toàn không được phát hiện trong đám mây G+0.693-0.027. Nó có một số đặc tính độc đáo:
- Loại đường đầu tiên được phát hiện trong môi trường giữa các vì sao
- Phân tử chiral thứ hai trong không gian giữa các vì sao (với cấu trúc bất đối xứng, giống như bàn tay trái và bàn tay phải)
- Phân tử không vòng (acyclic) lớn nhất gồm 14 nguyên tử được xác định trong môi trường giữa các vì sao.
Khám phá này làm đảo lộn quan niệm về cách sự sống có thể bắt đầu. Các loại ketoza như erythrose dễ dàng chuyển đổi trong môi trường nước thành các loại aldoza - đặc biệt là threose, một loại pentose đơn giản (đường năm carbon). Threose, đến lượt nó, được coi là tiền chất tiềm năng của RNA - phân tử mà nhiều nhà khoa học tin rằng là vật liệu di truyền đầu tiên của sự sống trên Trái Đất.
Các nhà nghiên cứu đưa ra kịch bản sau: đường được hình thành trong tinh vân mặt trời nguyên thủy của chúng ta (đám mây khí và bụi, từ đó Mặt Trời và các hành tinh hình thành), sau đó chúng trở thành một phần của các vật thể nhỏ - sao chổi và tiểu hành tinh, và được đưa đến Trái Đất non trẻ thông qua sự bắn phá của thiên thạch. Theo ước tính, trong giai đoạn bắn phá nặng cuối cùng (khoảng 4,1-3,8 tỷ năm trước), từ 0,5 đến 50 triệu tấn đường này có thể đã rơi xuống bề mặt hành tinh của chúng ta. Những lượng lớn vật chất hữu cơ này có thể đã góp phần hình thành các 'nồi súp tiền sinh' - các bồn tắm hóa học nơi các phân tử sự sống đầu tiên ra đời.
Việc phát hiện ra erythrose mở ra một mặt trận mới trong lĩnh vực hóa học vũ trụ và vũ trụ sinh học. Bây giờ các nhà khoa học sẽ tích cực tìm kiếm các loại đường khác trong các đám mây giữa các vì sao và các đĩa tiền hành tinh - đặc biệt là ribose và deoxyribose, nền tảng của DNA và RNA hiện đại. Nghiên cứu này có thể cho thấy mức độ phổ biến của các quá trình hình thành các phân tử sinh học quan trọng trong vũ trụ.
Khám phá này cũng xác nhận rằng các phân tử tiền sinh phức tạp không chỉ được sinh ra mà còn tồn tại trong các điều kiện khắc nghiệt của môi trường giữa các vì sao - trong khí lạnh, loãng, dưới sự bắn phá của tia vũ trụ. Điều này có nghĩa là các phân tử như vậy có thể phân bố rộng rãi trong Thiên hà của chúng ta và xa hơn nữa. Và điều này, đến lượt nó, mở rộng đáng kể quan niệm của chúng ta về việc có bao nhiêu thế giới trong Vũ trụ có thể xuất hiện sự sống tương tự như Trái Đất.
