У газопиловій хмарі поблизу центру Чумацького Шляху вперше знайшли справжній цукор: що це говорить про походження життя

Міжнародна команда астрономів виявила еритрулозу в газопиловій хмарі поблизу центру Чумацького Шляху. Це перший справжній моносахарид, достовірно зафіксований у міжзоряному середовищі. Знахідка не доводить існування позаземного життя, але показує: порівняно складні органічні молекули здатні виникати в космосі ще до формування зірок і планет.

Дослідження опубліковано в науковому журналі Nature Astronomy. Молекулу знайшли в хмарі G+0.693−0.027 — одному з найбільш хімічно багатих регіонів нашої Галактики, розташованому неподалік від її центру. Вчені виявили еритрулозу не в зразку речовини, доставленому на Землю, а дистанційно — за характерними спектральними лініями.

Для спостережень використовувалися радіотелескопи Yebes в Іспанії та IRAM у Франції. Кожна молекула поглинає і випромінює радіохвилі на певних частотах. Цей набір частот працює як хімічний відбиток пальця, дозволяючи визначити склад далекої газової хмари навіть на відстані десятків тисяч світлових років.

Головне про відкриття: Що знайшли: еритрулозу — простий цукор з чотирма атомами вуглецю, що належить до кетотетроз. У чому унікальність: це перше підтверджене виявлення справжнього моносахариду в міжзоряному середовищі. Де виявили: у молекулярній хмарі G+0.693−0.027 поблизу центру Чумацького Шляху.

Що це означає: органічна сировина, потенційно важлива для ранньої хімічної еволюції, може формуватися ще до появи планет. Чому вчені називають еритрулозу першим справжнім цукром у космосіПовідомлення про «космічний цукор» з'являлися й раніше. Ще на початку 2000-х років астрономи виявили в міжзоряних хмарах глікольальдегід — молекулу, що містить два атоми вуглецю.

Її часто називали найпростішим цукром, однак з точки зору суворої хімічної класифікації глікольальдегід є гідроксіальдегідом і не належить до повноцінних моносахаридів. Еритрулоза влаштована складніше. Це чотиривуглецевий моносахарид, або кетотетроза.

На Землі вона зустрічається в невеликих кількостях у деяких природних продуктах, а також використовується як один із компонентів окремих засобів для автозасмаги. Новизна відкриття полягає не просто у виявленні ще однієї органічної молекули. Астрономам вдалося знайти речовину, яка за своєю структурою вже належить до справжніх цукрів — класу сполук, що відіграють важливу роль у біологічній хімії.

При цьому знайдена еритрулоза не є безпосереднім компонентом ДНК або РНК. До складу РНК входить рибоза, а до складу ДНК — дезоксирибоза. Тому вважати виявлену молекулу готовою «цеглинкою ДНК» було б неправильно.

Як цукор міг з'явитися між зорямиМолекулярні хмари складаються з газу та мікроскопічних пилових частинок. На поверхні таких пилинок утворюються крижані оболонки з води, чадного газу, метанолу та інших простих речовин. Температура пилу в дослідженій хмарі оцінюється приблизно в 20 кельвінів — близько мінус 253 градусів Цельсія.

Незважаючи на екстремальний холод, хімічні реакції там не припиняються. Космічні промені та виникаюче під їх впливом випромінювання змінюють молекули в крижаних оболонках. Утворюються хімічно активні частинки, які можуть з'єднуватися одна з одною і поступово створювати більш складні органічні речовини.

Проведене дослідниками моделювання показує, що еритрулоза могла сформуватися на поверхні вкритих льодом пилових зерен із більш простих двовуглецевих сполук. Після утворення молекула повинна була якимось чином перейти з поверхні пилинки в навколишній газ. Вчені припускають, що це могло статися під впливом низькошвидкісних ударних хвиль, характерних для хмари G+0.693−0.027.

Саме в газовій фазі еритрулоза стала доступною для спостережень радіотелескопами. Дослідники виявили набір спектральних переходів, що збігаються з лабораторно виміряним сигналом цієї молекули. Чи означає знахідка, що в центрі Галактики є життяНі.

Виявлення цукру не є ознакою існування бактерій, рослин або будь-яких інших організмів у дослідженій хмарі. Еритрулоза могла утворитися без участі життя в результаті звичайних фізичних і хімічних процесів. Саме це робить знахідку особливо важливою для астробіології.

Вона показує, що порівняно складна органіка не обов'язково повинна вперше виникати на поверхні молодої планети. Частина необхідних вихідних речовин може з'явитися значно раніше — у хмарі газу та пилу, з якої пізніше сформуються зірка, планети, комети та астероїди. Однак між появою окремої органічної молекули і виникненням живої клітини лежить величезна дистанція.

Для життя необхідні не лише цукри, а й відповідне середовище, рідка вода, джерела енергії, стійкі хімічні цикли та механізми зберігання і відтворення інформації. Тому нове дослідження відповідає не на питання, чи існує життя за межами Землі, а на більш раннє питання: наскільки складною може стати хімія ще до появи планет. Чи могли подібні речовини потрапити на молоду ЗемлюОдна з гіпотез походження земної органіки припускає, що частина її сформувалася в міжзоряних хмарах, збереглася під час утворення Сонячної системи, а потім потрапила на молоду Землю у складі астероїдів, метеоритів і комет.

Цукри та інші органічні сполуки вже виявляли в метеоритах і зразках астероїдів. Це показує, що деякі складні молекули здатні переживати окремі етапи формування планетної системи. Але нове відкриття не доводить, що саме еритрулоза з міжзоряного простору була доставлена на Землю і брала участь у зародженні життя.

Воно лише підтверджує важливу початкову частину можливого сценарію: така молекула дійсно може утворитися в космосі без участі організмів. Дослідники також зазначають, що при взаємодії з водою еритрулоза може брати участь у реакціях, що призводять до утворення інших цукрів, включаючи треозу. Треоза цікава вченим, оскільки входить до складу гіпотетичної треозонуклеїнової кислоти — TNA.

Деякі фахівці розглядають її як можливу більш просту хімічну систему, яка могла передувати РНК на ранніх етапах еволюції життя. Це поки залишається гіпотезою. Але виявлення еритрулози розширює перелік молекул, які могли бути доступні для пребіотичної хімії — реакцій, що передували появі перших біологічних систем.

Чому відкриття важливе для пошуку життя у ВсесвітіЗнахідка показує, що хімічна складність міжзоряного середовища була недооцінена. Навіть у холодних хмарах без планет і рідкої води можуть формуватися сполуки, які на Землі тісно пов'язані з біологією. Це не означає, що інгредієнти життя однаково поширені по всій Галактиці.

Хмара G+0.693−0.027 відрізняється особливо багатим хімічним складом і вже відома великою кількістю виявлених органічних молекул. Тим не менш результат дає астрономам нову ціль для спостережень. Тепер еритрулозу та інші складні цукри можна шукати в хмарах, де народжуються зірки, у протопланетних дисках і в районах формування комет.

Якщо подібні речовини будуть знайдені в різних частинах Галактики, це зміцнить уявлення про те, що пребіотична хімія є природною частиною формування планетних систем, а не унікальною особливістю ранньої Землі. Головний висновок відкриття полягає не в тому, що астрономи знайшли життя або готові молекули ДНК. Вони виявили новий аргумент на користь гіпотези, згідно з якою частина органічної сировини для майбутніх планет може створюватися в міжзоряному просторі задовго до їх народження.

За матеріалами: дослідження Nature Astronomy та Центр астробіології CAB, CSIC–INTA.