Chemicy odnaleźli w sercu naszej Galaktyki prawdziwy cukier

Życie na naszej planecie opiera się na cukrach – małych, zawierających węgiel cząsteczkach, zużywanych przez komórki jako paliwo energetyczne i wykorzystywanych do budowy większych struktur biologicznych. To właśnie cukry stanowią szkielet, na którym opierają się RNA i DNA.

Słodkie początki życia

Cukry odgrywają również fundamentalną rolę w chemii prebiotycznej, czyli w procesach, które mogły doprowadzić do powstania życia. Problem w tym, że nikt dokładnie nie wie, skąd wzięły się pierwsze cukry. Dlatego w modelach opisujących chemię prebiotyczną zwykle po prostu zakłada się ich obecność jako gotowego punktu wyjścia, zamiast tłumaczyć ich powstanie.

Pewne poszlaki sugerują jednak, że cukry mogą tworzyć się w warunkach kosmicznych. Znaleziono je zarówno w meteorytach, jak i w materiale przywiezionym z asteroidy Bennu, a w przestrzeni kosmicznej zidentyfikowano też prostsze związki uznawane za ich prekursory, takie jak glikolaldehyd czy (Z)-1,2-etenodiol.

Aby jednak trafić na prawdziwy cukier o co najmniej trzech atomach węgla, badacze postanowili szukać w samym centrum naszej Galaktyki. Ten wewnętrzny obszar Drogi Mlecznej – tzw. Centralna Strefa Molekularna – jest domem gęstych obłoków gazowo-pyłowych, w których roi się od skomplikowanych molekuł organicznych.

Widmo cukru

Do badania obszaru obłoku molekularnego G+0.693-0.027 wykorzystano dwa radioteleskopy (Yebes 40 m w Hiszpanii i IRAM 30 m). Pozwoliły one na bardzo czuły przegląd widmowy tej chmury gazowej. Dzięki nim wykryto 12 zestawów linii spektralnych pasujących do erytrulozy, z czego kilka jest praktycznie wolnych od zakłóceń innych molekuł – dając statystyczną pewność detekcji rzędu 99,8%.

Badacze zakładali, że w obłoku przeważać będą prostsze, trójwęglowe cukry. Tymczasem złożona czterowęglowa erytruloza pojawiła się co najmniej 8–17 razy częściej niż trójwęglowe gliceraldehyd i dihydroksyaceton – tych dwóch ostatnich w ogóle nie udało się wykryć.

Wyjaśnijmy tę kwestię: zestawienie dotyczy zmierzonej ilości erytrulozy w porównaniu do maksymalnej możliwej (ale niewidocznej) ilościi cukrów trójwęglowych. Innymi słowy: nawet gdyby cukrów C3 było tyle, ile teleskop maksymalnie mógłby przeoczyć, i tak erytrulozy jest więcej.

To właśnie jest wyjątkowo zaskakujące w opublikowanym na łamach czasopisma „Nature Astronomy” badaniu. Normalnie im więcej atomów węgla ma cząsteczka, tym trudniej ją wykryć. Tu jest odwrotnie: większa cząsteczka (C4) jest liczniejsza niż mniejsza (C3), która teoretycznie powinna być łatwiejsza do wyprodukowania i bardziej powszechna, a jednak w ogóle nie widać jej śladu.

Jak tworzy się kosmiczny cukier?

To odkrycie może być istotną wskazówką co do mechanizmu powstawania cukrów w przestrzeni międzygwiazdowej. Zgodnie z modelami komputerowymi zespołu, cukier ten tworzy się na oblodzonych powierzchniach drobin pyłu unoszących się w kosmosie. Tam dwie stosunkowo pospolite cząsteczki dwuwęglowe – glikolaldehyd i glikol etylenowy – ulegają aktywacji pod wpływem promieniowania, a następnie łączą się ze sobą, dając w efekcie erytrulozę.

Dlaczego to ważna informacja związana z poszukiwaniami genezy życia? Ponieważ cukry takie jak erytruloza łatwo przekształcają się w wodzie w aldozy (jak treoza, erytroza). A to jest krok istotny w powstawaniu cukrów budujących kwasy nukleinowe (w tym RNA, a nawet jego prostszy analog TNA).

Autorzy pracy szacują, że znaczne ilości takiego cukru mogły dotrzeć do wczesnej Ziemi wraz z bombardowaniem meteorytowym, co miało miejsce ok. 4,1–3,9 mld lat temu. Przedstawione przez hiszpańskich badaczy wyniki wspierają hipotezę, że prebiotyczne cukry przyszły na Ziemię z kosmosu, a nie musiały powstać wyłącznie w warunkach ziemskich. Jest to o tyle ciekawe, że eksperymenty prowadzone w ziemskich laboratoriach pokazały, że na Ziemi cukry tworzyły się w zbyt małych ilościach, by wesprzeć genezę życia. Innymi słowy mamy mocny dowód na to, że złożone, chiralne cząsteczki cukrowe mogą powstawać naturalnie w kosmosie i mogły zostać „dostarczone” na wczesną Ziemię, co wspiera teorię egzogenicznego pochodzenia budulca życia.

Źródło: Nature Astronomy

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i pisarka zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Absolwentka Uniwersytetu Warszawskiego, przygodę z mediami rozpoczęła ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” współpracuje m.in. z „Wysokimi Obcasami” i kilkoma magazynami premium. Współautorka trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Pracuje w Centrum Badań Kosmicznych PAN i współpracuje z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN. 