Todellinen sokerimolekyyli löydetty ensimmäistä kertaa avaruuden tähtienvälisestä avaruudesta

Tähtitieteilijät ovat vuosikymmenten ajan löytäneet aminohappoja, alkoholeja ja jopa yksinkertaisia sokerinkaltaisia molekyylejä tähtienvälisten kaasu- ja pölypilvien valtavassa tyhjiössä. Mutta todellinen sokeri – monosakkaridi, jolla on täysi sokerirakenne – on tähän asti pysynyt turhauttavan ulottumattomissa. Nyt se on muuttunut.

Nature Astronomy -lehdessä julkaistussa ja astrokemisti Izaskun Jiménez-Serran (Espanjan astrobiologian keskus, CAB-CSIC/INTA) johtamassa tutkimuksessa tutkijat raportoivat erytruloosin (C₄H₈O₄) ensimmäisestä havainnosta tähtienvälisessä avaruudessa . Löytö täyttää pitkäaikaisen aukon prebioottisessa kemiassa ja tarjoaa vahvimman todisteen siitä, että elämän raaka-aineet voivat syntyä luonnostaan tähtien välisessä kylmässä tyhjiössä.

Mitä tähtitieteilijät löysivät

Erytruloosi on kiraalinen, neljästä hiiliatomista koostuva ketoosisokeri. Maapallolla sitä esiintyy luonnostaan vadelmissa ja se on tunnettu itseruskettavien voiteiden ainesosa. Avaruudessa se havaittiin molekyylipilvessä nimeltä G+0.693-0.027, joka sijaitsee lähellä Linnunradan keskustaa, noin 26 000 valovuoden päässä Maasta .

Löydön merkitys ei ole pelkästään itse molekyylissä, vaan myös sen runsaudessa. Erytruloosia on samalla alueella vähintään kahdeksan kertaa enemmän kuin yksinkertaisempia kolmihiilisiä sokereita (kuten glykolialdehydiä), mikä tekee siitä tähtienvälisen avaruuden hallitsevan sokerilajin .

Miten se löydettiin

Tutkimusryhmä käytti kahta Espanjan herkintä radioteleskooppia – Yebesin 40-metristä ja IRAMin 30-metristä – tehdäkseen erittäin herkkiä laajakaistaisia spektrikartoituksia G+0.693-0.027-molekyylipilvestä . Jokaisella molekyylillä on oma pyörimisliikkeeseen perustuva tunnusmerkistönsä, kemiallinen sormenjälki, joka näkyy tiettyinä spektriviivoina radioteleskoopilla tarkasteltuna. Tutkijat vertasivat pilvestä tulevia heikkoja radiosignaaleja laboratoriossa mitattuun erytruloosin spektriin ja varmistivat sen olemassaolon kiistattomasti .

Haku oli mahdollista vuosia aiemmin tehdyn tarkan laboratoriotyön ansiosta. Vuonna 2021 Baskimaan yliopiston (UPV/EHU) tutkijat olivat jo määrittäneet erytruloosin hyperprecise-molekyylirakenteen luoden tarvittavan spektroskooppisen kartan lopullista avaruushavaintoa varten .

Kuinka sokeri syntyy avaruuden kylmyydessä

Tähtienvälinen avaruus on käsittämättömän kylmää ja tyhjiä. Miten sokerimolekyyli siellä sitten kootaan?

Johtava malli, jota kvanttimekaaniset simulaatiot tukevat, viittaa siihen, että erytruloosi muodostuu jäisten pölyhiukkasten pinnoilla . Energiapitoiset prosessit – joita ajavat kosmisten säteiden pommitus ja ultraviolettisäteily – käynnistävät kemiallisia reaktioita hiukkasiin kiinnittyneiden yksinkertaisten kaksi-hiilisten aldehydien ja alkoholien välillä . Kun molekyylit ovat muodostuneet, ne vapautuvat kaasufaasiin roiskeena (sputtering), joka on kuin hiekkapuhallusta iskuaaltojen vaikutuksesta.

G+0.693-0.027-pilvi on tässä suhteessa erityisen tehokas. Se on pilvien törmäysalue, joka tuottaa voimakkaita iskuja irrottaen molekyylejä hiukkasten pinnoilta havaittaviin kaasufaasin pitoisuuksiin . Samasta pilvestä on tehty jo yli 20 uuden tähtienvälisen molekyylin ensihavaintoa .

Miksi tämä on tärkeää elämän alkuperän kannalta

Löydöllä on välittömiä vaikutuksia yhteen biologian syvimmistä mysteereistä: mistä ensimmäiset geneettiset molekyylit tulivat?

Laajimmin hyväksytty hypoteesi elämän alkuperästä on "RNA-maailma", jossa ribonukleiinihappo (RNA) toimi sekä tiedon tallentajana että katalyyttinä ennen DNA:n kehittymistä. Mutta RNA itsessään on erittäin monimutkainen. Jotkut tutkijat ehdottavat, että ennen RNA:ta oli olemassa yksinkertaisempia geneettisiä järjestelmiä.

Erytruloosi sopii tähän kuvaan hyvin. Molekyyli voidaan muuntaa kemiallisesti treoosiksi, nelihiiliseksi sokeriksi, joka muodostaa treoosinukleiinihapon (TNA) rungon – potentiaalisen esi-RNA:n geneettinen materiaali . Koska erytruloosia on havaittu erittäin suuria määriä samasta pilvestä, josta on jo löydetty monia muita RNA:n esiasteita (kuten hydroksyyliamiinia, glykoliamidia ja hiilihappoa), löytö osoittaa, että luonto voi tuottaa vaihtoehtoisten geneettisten järjestelmien rakennuspalikoita ilman biologista väliintuloa .

Elämän ainekset varhaiselle Maalle

Löytö vahvistaa myös pitkään väiteltyä hypoteesia siitä, miten Maa sai prebioottisen varastonsa. Monimutkaiset orgaaniset molekyylit, mukaan lukien geneettisten esiasteiden tarvitsemat sokerit, näyttävät olleen jo olemassa materiaalissa, josta aurinkokuntamme muodostui .

Myöhäisen raskaan pommituksen aikana – noin 4,1–3,8 miljardia vuotta sitten, kun komeetat, asteroidit ja meteoriitit iskivät sisäplaneettoihin – nämä molekyylit saattoivat kulkeutua ehjinä varhaiseen Maahan tarjoten valmiin varaston prebioottisia ainesosia . Todellisen sokerin havaitseminen tähtienvälisessä avaruudessa tekee tästä kuljetushypoteesista huomattavasti uskottavamman.

Yhteenveto

Erytruloosin havaitseminen ei todista, että elämää on olemassa muualla maailmankaikkeudessa. Mutta se todistaa, että yksi tärkeimmistä biologisten molekyylien luokista – todelliset sokerit – voi syntyä luonnostaan ja runsaana tähtienvälisessä avaruudessa. Sama kemia, joka tapahtuu tänään G+0.693-0.027-molekyylipilvessä, tapahtui todennäköisesti 4,6 miljardia vuotta sitten pilvessä, joka synnytti Aurinkomme ja sen planeetat. Sokerit olivat siellä alusta alkaen.