Lần đầu tiên phát hiện đường thật trong không gian liên sao

Điều làm nên tầm quan trọng của khám phá này không chỉ là danh tính của phân tử, mà còn là sự phong phú của nó. Erythrulose dường như có độ phong phú ít nhất gấp tám lần so với các loại đường ba carbon đơn giản hơn (như glycolaldehyde) trong cùng khu vực, khiến nó trở thành loại đường chiếm ưu thế nhất được phát hiện trong không gian liên sao .

Làm thế nào phát hiện ra nó?

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng hai kính viễn vọng vô tuyến nhạy nhất ở Tây Ban Nha — kính viễn vọng Yebes 40 mét và kính viễn vọng IRAM 30 mét — để tiến hành các cuộc khảo sát phổ băng thông rộng siêu nhạy đối với đám mây phân tử G+0.693-0.027 .

Mỗi phân tử đều có một dấu hiệu quay vòng đặc trưng, giống như dấu vân tay hóa học, xuất hiện dưới dạng các vạch phổ cụ thể khi quan sát qua kính viễn vọng vô tuyến. Các nhà nghiên cứu đã đối chiếu các tín hiệu vô tuyến mờ nhạt từ đám mây với phổ của erythrulose được đo trong phòng thí nghiệm, xác nhận sự hiện diện của nó một cách chắc chắn .

Việc tìm kiếm này khả thi nhờ công trình phòng thí nghiệm tỉ mỉ được công bố nhiều năm trước. Vào năm 2021, các nhà nghiên cứu tại Đại học xứ Basque (UPV/EHU) đã xác định cấu trúc phân tử siêu chính xác của erythrulose, tạo ra bản đồ quang phổ cần thiết cho việc phát hiện dứt khoát trong không gian .

Đường hình thành trong không gian lạnh giá như thế nào?

Không gian giữa các vì sao cực kỳ lạnh và hầu như trống rỗng. Vậy làm thế nào một phân tử đường có thể tập hợp ở đó?

Mô hình hàng đầu, được hỗ trợ bởi các mô phỏng hóa học lượng tử, cho thấy erythrulose hình thành trên bề mặt của các hạt bụi băng giá . Quá trình xử lý năng lượng — thúc đẩy bởi sự bắn phá của tia vũ trụ và bức xạ tử ngoại — sẽ thúc đẩy các phản ứng hóa học giữa các aldehyde và rượu hai carbon đơn giản hơn bám trên các hạt này . Khi đã hình thành, các phân tử được giải phóng vào pha khí thông qua quá trình phún xạ (sputtering), một quá trình giống như phun cát do sóng xung kích gây ra.

Đám mây G+0.693-0.027 đặc biệt hiệu quả trong việc này. Đây là một khu vực đang diễn ra sự va chạm giữa các đám mây, tạo ra những cú sốc mạnh mẽ đánh bật các phân tử khỏi bề mặt hạt bụi và đưa chúng vào pha khí với độ phong phú có thể phát hiện được . Chính đám mây này đã mang lại hơn 20 lần phát hiện đầu tiên về các phân tử trong không gian liên sao .

Tại sao điều này quan trọng đối với nguồn gốc sự sống?

Khám phá này có ý nghĩa ngay lập tức đối với một trong những bí ẩn sâu sắc nhất của sinh học: Các phân tử di truyền đầu tiên đến từ đâu?

Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất về nguồn gốc sự sống liên quan đến "Thế giới RNA", nơi axit ribonucleic (RNA) đóng vai trò vừa là kho lưu trữ thông tin vừa là chất xúc tác trước khi DNA tiến hóa. Nhưng bản thân RNA lại cực kỳ phức tạp. Một số nhà nghiên cứu đề xuất rằng các hệ thống di truyền đơn giản hơn đã có trước RNA.

Erythrulose hoàn toàn phù hợp với bức tranh này. Phân tử này có thể trải qua quá trình biến đổi hóa học thành threose, loại đường bốn carbon tạo nên bộ khung của axit nucleic threose (TNA) — một vật liệu di truyền tiềm năng trước RNA . Bởi vì erythrulose được phát hiện với độ phong phú cao như vậy trong cùng đám mây đã mang lại nhiều tiền chất RNA khác (bao gồm hydroxylamine, glycolamide và axit carbonic), khám phá này cho thấy tự nhiên có thể tạo ra các khối xây dựng cho các hệ thống di truyền thay thế mà không cần bất kỳ sự can thiệp sinh học nào .

Vận chuyển các thành phần của sự sống đến Trái Đất sơ khai

Phát hiện này cũng củng cố một giả thuyết đã được tranh luận từ lâu về cách Trái Đất có được kho hàng tiền sinh học của mình. Các phân tử hữu cơ phức tạp, bao gồm cả đường cần thiết cho các tiền chất di truyền, dường như đã có mặt trong vật chất hình thành nên Hệ Mặt Trời của chúng ta .

Trong thời kỳ Bắn phá mạnh muộn (Late Heavy Bombardment) — khoảng 4,1 đến 3,8 tỷ năm trước, khi các sao chổi, tiểu hành tinh và thiên thạch dội xuống các hành tinh bên trong — những phân tử này có thể đã được vận chuyển nguyên vẹn đến Trái Đất sơ khai, cung cấp một nguồn cung cấp sẵn các thành phần tiền sinh học . Việc phát hiện ra một loại đường thật trong không gian liên sao làm cho giả thuyết vận chuyển này trở nên hợp lý hơn đáng kể.

Kết luận

Việc phát hiện ra erythrulose không chứng minh rằng sự sống tồn tại ở nơi nào khác trong vũ trụ. Nhưng nó chứng minh rằng một trong những lớp phân tử sinh học quan trọng nhất — đường thật — có thể hình thành một cách tự nhiên và phong phú trong không gian liên sao. Cùng một quá trình hóa học đang diễn ra ngày nay trong đám mây phân tử G+0.693-0.027 có lẽ đã xảy ra 4,6 tỷ năm trước trong đám mây đã sinh ra Mặt Trời và các hành tinh của nó. Đường đã có ở đó ngay từ đầu.