Astronomen ontdekken voor het eerst een echt suikermolecuul in de interstellaire ruimte

Jarenlang hebben sterrenkundigen aminozuren, alcoholen en zelfs eenvoudige suikerachtige moleculen gevonden in de enorme wolken van gas en stof tussen de sterren. Maar een echte suiker – een monosacharide met een volledige suikerstructuur – bleef frustrerend buiten bereik. Daar is nu verandering in gekomen.

In een studie gepubliceerd in Nature Astronomy, onder leiding van astrochemicus Izaskun Jiménez-Serra van het Centro de Astrobiología (CAB-CSIC/INTA) in Spanje, rapporteren onderzoekers de eerste detectie van erythrulose (C₄H₈O₄) in de interstellaire ruimte . De vondst dicht een hardnekkige kloof in de prebiotische chemie en levert het sterkste bewijs tot nu toe dat de ruwe ingrediënten voor leven op natuurlijke wijze kunnen ontstaan in de koude leegte tussen de sterren.

Wat astronomen vonden

Erythrulose is een chirale ketose-suiker met vier koolstofatomen. Op aarde komt het van nature voor in frambozen en is het een bekend ingrediënt in zelfbruinende crèmes. In de ruimte werd het gedetecteerd in een bijzonder rijke moleculaire wolk genaamd G+0.693-0.027, gelegen nabij het centrum van de Melkweg, op ruwweg 26.000 lichtjaar van de aarde .

Wat deze ontdekking bijzonder maakt, is niet alleen de identiteit van het molecuul, maar ook de overvloed ervan. Erythrulose blijkt minstens acht keer overvloediger te zijn dan eenvoudigere drie-koolstof suikers (zoals glycolaldehyde) in dezelfde regio, waardoor het de dominante suikersoort is die in de interstellaire ruimte is gedetecteerd .

Hoe het werd ontdekt

Het team gebruikte twee van de meest gevoelige radiotelescopen in Spanje – de Yebes-40 meter telescoop en de IRAM-30 meter telescoop – om uiterst gevoelige, brede spectrale opnames te maken van de moleculaire wolk G+0.693-0.027 .

Elk molecuul heeft een unieke rotatiehandtekening, een soort chemische vingerafdruk die als specifieke spectraallijnen verschijnt wanneer je ernaar kijkt met een radiotelescoop. De onderzoekers vergeleken de zwakke radiosignalen uit de wolk met in het laboratorium gemeten spectra van erythrulose, waardoor de aanwezigheid ervan onomstotelijk werd bevestigd .

De zoektocht was mogelijk dankzij nauwgezet laboratoriumwerk dat jaren eerder was gepubliceerd. In 2021 hadden onderzoekers van de Universiteit van Baskenland (UPV/EHU) al de hypernauwkeurige moleculaire structuur van erythrulose bepaald, waarmee ze de spectroscopische routekaart creëerden die nodig was voor een definitieve detectie in de ruimte .

Hoe een suiker ontstaat in de kou van de ruimte

De ruimte tussen de sterren is onvoorstelbaar koud en grotendeels leeg. Hoe ontstaat een suikermolecuul daar dan?

Het leidende model, ondersteund door kwantumchemische simulaties, suggereert dat erythrulose zich vormt op het oppervlak van ijzige stofkorrels . Energetische processen – aangedreven door bombardement van kosmische straling en ultraviolette straling – drijven chemische reacties aan tussen eenvoudigere aldehyden en alcoholen met twee koolstofatomen die aan de korrels vastzitten . Eenmaal gevormd, komen de moleculen vrij in de gasfase door sputteren, een proces dat lijkt op zandstralen en wordt veroorzaakt door schokgolven.

De wolk G+0.693-0.027 is hier bijzonder geschikt voor. Het is een regio waar wolk-wolk botsingen plaatsvinden, die krachtige schokken genereren die moleculen van de korreloppervlakken slaan en in detecteerbare hoeveelheden in de gasfase brengen . Deze zelfde wolk heeft al meer dan twintig eerste detecties van interstellaire moleculen opgeleverd .

Waarom dit belangrijk is voor de oorsprong van het leven

De ontdekking heeft directe implicaties voor een van de diepste mysteries in de biologie: waar kwamen de eerste genetische moleculen vandaan?

De meest breed aanvaarde hypothese voor de oorsprong van het leven is de "RNA-wereld", waarin ribonucleïnezuur (RNA) zowel als informatieopslag als katalysator diende voordat DNA evolueerde. Maar RNA zelf is uiterst complex. Sommige onderzoekers stellen dat eenvoudigere genetische systemen aan RNA voorafgingen.

Erythrulose past naadloos in dit plaatje. Het molecuul kan chemisch worden omgezet in threose, de vier-koolstof suiker die de ruggengraat vormt van threose-nucleïnezuur (TNA) – een potentieel pre-RNA genetisch materiaal . Omdat erythrulose in zulke hoge concentraties wordt gedetecteerd in dezelfde wolk die al veel andere RNA-voorlopers heeft opgeleverd (waaronder hydroxylamine, glycolamide en koolzuur), toont de ontdekking aan dat de natuur de bouwstenen voor alternatieve genetische systemen kan produceren zonder enige biologische tussenkomst .

De ingrediënten voor leven naar de vroege aarde brengen

De vondst versterkt ook een al lang bediscussieerde hypothese over hoe de aarde aan haar prebiotische inventaris kwam. Complexe organische moleculen, waaronder suikers die nodig zijn voor genetische voorlopers, blijken al aanwezig te zijn geweest in het materiaal waaruit ons zonnestelsel ontstond .

Tijdens het Laat Zware Bombardement – een periode ruwweg 4,1 tot 3,8 miljard jaar geleden waarin kometen, asteroïden en meteorieten de binnenplaneten bestookten – kunnen deze moleculen intact op de vroege aarde zijn terechtgekomen, waardoor een kant-en-klare voorraad prebiotische ingrediënten beschikbaar kwam . De detectie van een echte suiker in de interstellaire ruimte maakt deze leveringshypothese aanzienlijk aannemelijker.

Conclusie

De detectie van erythrulose bewijst niet dat er elders in het universum leven bestaat. Maar het bewijst wel dat een van de belangrijkste klassen van biologische moleculen – echte suikers – op natuurlijke wijze en in overvloed kan ontstaan in de interstellaire ruimte. Dezelfde chemie die vandaag de dag plaatsvindt in de moleculaire wolk G+0.693-0.027, vond waarschijnlijk 4,6 miljard jaar geleden ook plaats in de wolk waaruit onze zon en haar planeten zijn ontstaan. De suikers waren er vanaf het begin.