סוכר אמיתי ראשון התגלה בחלל הבין-כוכבי: אריתרולוז נמצא בסמוך למרכז שביל החלב

במשך עשרות שנים מצאו אסטרונומים חומצות אמינו, כוהלים ואפילו מולקולות דמויות-סוכר פשוטות בענני הגז והאבק שבין הכוכבים. אבל סוכר אמיתי - חד-סוכר עם מבנה סוכר מלא - נותר מחוץ להישג יד. עד עכשיו.

במחקר שפורסם בכתב העת Nature Astronomy בהובלת הכימיקאית האסטרונומית איסאסקון חימנז-סרה מהמרכז לאסטרוביולוגיה של ספרד (CAB-CSIC/INTA), החוקרים מדווחים על זיהוי ראשון של אריתרולוז (C₄H₈O₄) בחלל הבין-כוכבי . הממצא סוגר פער מתמשך בכימיה הקדם-ביוטית ומספק את העדות החזקה ביותר עד כה לכך שחומרי הגלם לחיים יכולים להיווצר באופן טבעי בוואקום הקר שבין הכוכבים.

מה האסטרונומים מצאו

אריתרולוז הוא סוכר קטוזי כיראלי בעל ארבעה אטומי פחמן. על כדור הארץ הוא נמצא באופן טבעי בפטל והוא מרכיב נפוץ בקרמי שיזוף ללא שמש. בחלל, הוא התגלה בתוך ענן מולקולרי עשיר להפליא בשם G+0.693-0.027, הממוקם בסמוך למרכז גלקסיית שביל החלב, במרחק של כ-26,000 שנות אור מכדור הארץ .

מה שהופך את התגלית הזו למשמעותית הוא לא רק זהות המולקולה, אלא גם שפע שלה. אריתרולוז נמצא לפחות בשפע גדול פי שמונה מסוכרים פשוטים יותר בעלי שלושה אטומי פחמן (כמו גליקול-אלדהיד) באותו אזור, מה שהופך אותו למין הסוכר השולט שהתגלה בחלל הבין-כוכבי .

איך זה התגלה

הצוות השתמש בשניים מטלסקופי הרדיו הרגישים ביותר בספרד - טלסקופ Yebes 40 מטר וטלסקופ IRAM 30 מטר - כדי לבצע סקרים ספקטרליים רחבי-פס ורגישים במיוחד של ענן המולקולרי G+0.693-0.027 .

לכל מולקולה יש חתימת סיבוב ייחודית, מעין טביעת אצבע כימית שמופיעה כקווים ספקטרליים ספציפיים כאשר צופים בה דרך טלסקופ רדיו. החוקרים התאימו את אותות הרדיו החלשים שהגיעו מהענן מול ספקטרום של אריתרולוז שנמדד במעבדה, ואישרו את נוכחותו מעבר לכל ספק סביר .

החיפוש התאפשר הודות לעבודת מעבדה קפדנית שפורסמה שנים קודם לכן. בשנת 2021, חוקרים מאוניברסיטת חבל הבסקים (UPV/EHU) כבר קבעו את המבנה המולקולרי ההיפר-מדויק של אריתרולוז, ויצרו את מפת הדרכים הספקטרוסקופית הדרושה לזיהוי חד-משמעי בחלל .

איך סוכר נוצר בקור של החלל

החלל בין הכוכבים קר בצורה בלתי נתפסת ובעיקר ריק. אז איך מולקולת סוכר מצליחה להיווצר שם?

המודל המוביל, הנתמך על ידי סימולציות כימיות קוונטיות, מצביע על כך שאריתרולוז נוצר על פני השטח של גרגרי אבק קפואים . עיבוד אנרגטי - המונע על ידי הפגזת קרניים קוסמיות וקרינה אולטרה-סגולה - מניע תגובות כימיות בין אלדהידים וכוהלים פשוטים בעלי שני אטומי פחמן שנדבקו לגרגרים . לאחר היווצרותם, המולקולות משתחררות לשלב הגזי באמצעות ספוטרינג, תהליך הדומה להתזת חול הנגרמת על ידי גלי הלם.

ענן G+0.693-0.027 יעיל במיוחד בתהליך זה. זהו אזור של התנגשות ענן-ענן מתמשכת, המייצרת גלי הלם חזקים הדופקים מולקולות מעל פני הגרגרים אל תוך שלב גזי בר-זיהוי . אותו ענן הניב כבר יותר מ-20 זיהויים ראשונים של מולקולות בין-כוכביות .

למה זה חשוב למקור החיים

לתגלית יש השלכות מיידיות על אחת התעלומות העמוקות ביותר בביולוגיה: מאיפה הגיעו המולקולות הגנטיות הראשונות?

ההשערה המקובלת ביותר למקור החיים מערבת "עולם RNA", שבו חומצה ריבונוקלאית (RNA) שימשה הן כאחסון מידע והן כזרז לפני שהתפתח ה-DNA. אבל RNA עצמו מורכב ביותר. כמה חוקרים מציעים שמערכות גנטיות פשוטות יותר קדמו ל-RNA.

אריתרולוז משתלב יפה בתמונה הזו. המולקולה יכולה לעבור המרה כימית לת'ריוז, סוכר בעל ארבעה אטומי פחמן המהווה את חומת השלד של חומצת ת'ריוז גרעינית (TNA) - חומר גנטי פרה-RNA פוטנציאלי . מכיוון שאריתרולוז מתגלה בשפע כה גבוה באותו ענן שכבר הניב מבשרי RNA רבים אחרים (כולל הידרוקסילאמין, גליקולאמיד וחומצה פחמתית), התגלית מראה שהטבע יכול לייצר את אבני הבניין למערכות גנטיות חלופיות ללא כל התערבות ביולוגית .

מסירת מרכיבי החיים לכדור הארץ הקדום

הממצא גם מחזק השערה ותיקה כיצד כדור הארץ קיבל את המלאי הקדם-ביוטי שלו. נראה כי מולקולות אורגניות מורכבות, כולל סוכרים הדרושים למבשרים גנטיים, כבר היו נוכחות בחומר שיצר את מערכת השמש שלנו .

במהלך ההפגזה הכבדה המאוחרת - תקופה מלפני כ-4.1 עד 3.8 מיליארד שנים, אז שביטים, אסטרואידים ומטאוריטים הפציצו את כוכבי הלכת הפנימיים - המולקולות האלה יכלו להיות מועברות בשלמותן לכדור הארץ הקדום, ולספק אספקה מוכנה של מרכיבים קדם-ביוטיים . זיהוי של סוכר אמיתי בחלל הבין-כוכבי הופך את השערת המסירה הזו להרבה יותר סבירה.

בשורה התחתונה

זיהוי אריתרולוז אינו מוכיח שקיימים חיים במקום אחר ביקום. אבל הוא כן מוכיח שאחת הקבוצות החשובות ביותר של מולקולות ביולוגיות - סוכרים אמיתיים - יכולה להיווצר באופן טבעי ובשפע בחלל הבין-כוכבי. אותה כימיה שמתרחשת היום בענן המולקולרי G+0.693-0.027 ככל הנראה התרחשה גם לפני 4.6 מיליארד שנים בענן שהוליד את השמש ואת כוכבי הלכת שלה. הסוכרים היו שם כבר מההתחלה.