Астрономы обнаружили четырехъуглеродный сахар в глубоком космосе

Фото из открытых источников

Пространство между звёздами может казаться бесплодной пустыней, но за последние несколько десятилетий учёные обнаружили в нём множество интересных химических веществ. От предшественников белков до строительных блоков клеточных мембран — в гигантских газовых облаках между звёздами было сделано одно открытие за другим. Теперь новая статья, доступная в препринте на arXiv, подробно описывает открытие первого в истории четырёхъуглеродного сахара в межзвёздной среде (МЗС), и это ещё один шаг на пути к пониманию того, как зародилась жизнь на Земле.

Речь идёт об эритрулозе, разновидности кетозного сахара, состоящего, как вы уже догадались, из цепочки с четырьмя атомами углерода. Исследователи обнаружили её в знаменитом богатом молекулярном облаке, известном как G+0.693-0.027, названном, по-видимому, потому что они любят мучить журналистов, пишущих о нём. Для поиска они использовали два мощных радиотелескопа — 40-метровый телескоп Йебеса и 30-метровый телескоп IRAM, и просеивали плотные спектральные линии облака, чтобы найти свою цель.

И они это обнаружили — на таком уровне, что вероятность случайного появления этих конкретных спектральных линий составляла всего 0,2%. Но, возможно, гораздо интереснее то, чего они не обнаружили — никаких трехъуглеродных сахаров. Эритрулоза была как минимум в восемь раз более распространена, чем ее трехъуглеродные аналоги, такие как глицеральдегид. Отсюда возникает вопрос: как мог образоваться четырехъуглеродный сахар без каких-либо трехъуглеродных сахаров, которые могли бы послужить затравкой?

Чтобы раскрыть этот механизм, исследователи обратились к передовым квантово-химическим моделям и типу моделирования, известному как кинетическое моделирование Монте-Карло (КМК). В ходе этих тестов они обнаружили, что эритрулоза, вероятно, не образуется по одному атому углерода за раз. Вместо этого она образуется, когда двухъуглеродные фрагменты, такие как гликоальдегид и этиленгликоль, соединяются на ледяных поверхностях микроскопических пылевых частиц. В молекулярных облаках такие частицы постоянно подвергаются бомбардировке космическими лучами и атомарным водородом, создавая радикальные фрагменты, которые приводят в движение эту реакцию, в результате чего образуется четырехъуглеродный сахар без необходимости в каких-либо трехъуглеродных предшественниках.

Этот конкретный четырехъуглеродный сахар имеет огромное значение для происхождения жизни. Современная биология использует ДНК и РНК для хранения и передачи генетической информации, причем в обоих случаях в качестве основы используется пятиуглеродный сахар, известный как рибоза. Однако синтез рибозы в условиях ранней Земли крайне затруднен, поэтому астробиологи выдвинули гипотезу, что до появления современных ДНК и РНК существовал предшественник — генетический полимер, содержащий инструкции для жизни.

Одним из главных кандидатов на роль предшественника полимера является нуклеиновая кислота треозы, в основе которой лежит четырехъуглеродный сахар, называемый треозой. А в присутствии жидкой воды кетозные сахара, такие как эритрулоза, легко превращаются в альдозные сахара, такие как треоза. Другими словами, обнаруженный нами в межзвездном облаке четырехъуглеродный сахар обеспечивает прямую химическую связь с возможным предшественником ДНК.

Важно отметить, что нам уже известно, что большое количество этих сахаров отложилось на Земле во время поздней интенсивной бомбардировки, когда ранняя Земля постоянно подвергалась ударам космических камней. Это означает, что к тому времени, когда океаны Земли достаточно остыли, чтобы поддерживать химические процессы, в достаточном количестве имелось эритрулоза и другие сложные сахара, способные вступать в реакции.

В статье были некоторые неопределенности, например, крайне низкая частота обнаружения по сравнению с расчетной частотой, полученной в результате моделирования, но это лишь означает, что предстоит еще много работы. Эта статья с большой уверенностью доказывает, что потенциальные предшественники строительных блоков жизни активно создаются между звездами. Все, что потребуется, — это механизм доставки и немного случайности, чтобы запустить биологический процесс на подходящей планете, и теперь мы на шаг ближе к завершению картины, которая это доказывает.