Астрономы впервые обнаружили настоящий сахар в межзвездном пространстве. Речь идет об эритрулозе — четырехуглеродной молекуле, которая могла участвовать в формировании соединений, необходимых для возникновения первых форм жизни. Вещество нашли в молекулярном облаке G+0.693-0.027, расположенном в районе центра Млечного Пути. Об этом сообщается в онлайн-журнале нерецензированных исследований arXiv.
Сахар играет ключевую роль в работе живых организмов. Он служит источником энергии, входит в состав нуклеиновых кислот и участвует в образовании структурных соединений. Однако ученые до сих пор не могут полностью объяснить, каким образом достаточное количество такого вещества могло сформироваться в условиях молодой Земли.
Ранее рибозу, глюкозу и другие моносахариды находили в древних метеоритах, а также в образцах астероида Бенну. Это позволило предположить, что часть органического материала могла возникнуть еще до формирования планет, а затем попасть на Землю вместе с астероидами и кометами. При этом непосредственно в межзвездной среде настоящие сахара ранее не обнаруживали.
Эритрулозу выявили при анализе данных сверхчувствительных спектральных наблюдений, проведенных с помощью 40-метрового радиотелескопа обсерватории Йебес в Испании и 30-метрового телескопа IRAM. Исследователи изучали излучение облака G+0.693, которое считается одним из наиболее богатых сложными органическими молекулами регионов Млечного Пути.
Ученые обнаружили 17 спектральных переходов, соответствующих эритрулозе. Шесть сигналов оказались практически свободны от наложения линий других молекул. По расчетам авторов, вероятность того, что все эти совпадения возникли случайно, составляет около 0,2%. Остальные зафиксированные линии также согласовались с моделью спектра вещества.
Расчеты показали, что содержание эритрулозы в облаке как минимум в восемь раз превышает предполагаемое количество более простых трехуглеродных сахаров — глицеральдегида и дигидроксиацетона. Эти соединения ученым обнаружить не удалось, несмотря на высокую чувствительность оборудования. Авторы предположили, что эритрулоза могла сформироваться на поверхности покрытых льдом межзвездных пылинок. В качестве исходных компонентов могли выступать гликолевый альдегид и этиленгликоль — более простые органические молекулы, уже найденные в облаке G+0.693.
Квантово-химические расчеты показали, что реакции между производными этих веществ способны проходить при температурах около 20–30 К, характерных для пылевых частиц в молекулярных облаках. Проведенное учеными моделирование также подтвердило, что эритрулоза может эффективно накапливаться в межзвездном льду, особенно в условиях интенсивного воздействия космических лучей.
Эритрулоза стала первым обнаруженным в межзвездной среде сахаром и второй найденной там хиральной молекулой. Хиральные вещества могут существовать в двух формах, которые имеют одинаковый химический состав, но представляют собой зеркальные отражения друг друга. Подобное свойство характерно для многих молекул, участвующих в биологических процессах.
Исследователи отмечают, что в водной среде эритрулоза способна превращаться в другие сахара, в том числе в эритрозу и треозу. Такие соединения рассматриваются как возможные участники реакций, которые предшествовали появлению РНК. В частности, треоза входит в состав треозонуклеиновой кислоты — более простого аналога РНК, который мог существовать на ранних этапах химической эволюции.
По предварительной оценке авторов, с учетом содержания органического вещества в метеоритах на молодую Землю могло быть доставлено от 0,5 млрд до 50 млрд кг эритрулозы. При этом расчеты основаны на ряде допущений о количестве метеоритного материала и сохранности молекул после столкновения с планетой.
Открытие показывает, что сложные сахара могут образовываться без участия живых организмов еще в межзвездных облаках, а затем включаться в состав астероидов, комет и формирующихся планет. Таким образом, часть химических компонентов, необходимых для появления жизни, могла возникнуть задолго до образования Земли.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение