В газопылевом облаке возле центра Млечного Пути впервые нашли настоящий сахар: что это говорит о происхождении жизни

Международная команда астрономов обнаружила эритрулозу в газопылевом облаке возле центра Млечного Пути. Это первый настоящий моносахарид, достоверно зафиксированный в межзвездной среде. Находка не доказывает существование внеземной жизни, но показывает: сравнительно сложные органические молекулы способны возникать в космосе еще до формирования звезд и планет.

Исследование опубликовано в научном журнале Nature Astronomy. Молекулу нашли в облаке G+0.693−0.027 — одном из наиболее химически богатых регионов нашей Галактики, расположенном неподалеку от ее центра.

Ученые выявили эритрулозу не в образце вещества, доставленном на Землю, а дистанционно — по характерным спектральным линиям. Для наблюдений использовались радиотелескопы Yebes в Испании и IRAM во Франции.

Каждая молекула поглощает и излучает радиоволны на определенных частотах. Этот набор частот работает как химический отпечаток пальца, позволяя определить состав далекого газового облака даже на расстоянии десятков тысяч световых лет.

Почему ученые называют эритрулозу первым настоящим сахаром в космосе

Сообщения о «космическом сахаре» появлялись и раньше. Еще в начале 2000-х годов астрономы обнаружили в межзвездных облаках гликольальдегид — молекулу, содержащую два атома углерода.

Ее часто называли простейшим сахаром, однако с точки зрения строгой химической классификации гликольальдегид является гидроксиальдегидом и не относится к полноценным моносахаридам.

Эритрулоза устроена сложнее. Это четырехуглеродный моносахарид, или кетотетроза. На Земле она встречается в небольших количествах в некоторых природных продуктах, а также используется как один из компонентов отдельных средств для автозагара.

Новизна открытия состоит не просто в обнаружении еще одной органической молекулы. Астрономам удалось найти вещество, которое по своей структуре уже относится к настоящим сахарам — классу соединений, играющих важную роль в биологической химии.

При этом найденная эритрулоза не является непосредственным компонентом ДНК или РНК. В состав РНК входит рибоза, а в состав ДНК — дезоксирибоза. Поэтому считать обнаруженную молекулу готовым «кирпичиком ДНК» было бы неправильно.

Как сахар мог появиться между звездами

Молекулярные облака состоят из газа и микроскопических пылевых частиц. На поверхности таких пылинок образуются ледяные оболочки из воды, угарного газа, метанола и других простых веществ.

Температура пыли в исследованном облаке оценивается примерно в 20 кельвинов — около минус 253 градусов Цельсия. Несмотря на экстремальный холод, химические реакции там не прекращаются.

Космические лучи и возникающее под их воздействием излучение изменяют молекулы в ледяных оболочках. Образуются химически активные частицы, которые могут соединяться друг с другом и постепенно создавать более сложные органические вещества.

Проведенное исследователями моделирование показывает, что эритрулоза могла сформироваться на поверхности покрытых льдом пылевых зерен из более простых двухуглеродных соединений.

После образования молекула должна была каким-то образом перейти с поверхности пылинки в окружающий газ. Ученые предполагают, что это могло произойти под воздействием низкоскоростных ударных волн, характерных для облака G+0.693−0.027.

Именно в газовой фазе эритрулоза стала доступна для наблюдений радиотелескопами. Исследователи обнаружили набор спектральных переходов, совпадающих с лабораторно измеренным сигналом этой молекулы.

Означает ли находка, что в центре Галактики есть жизнь

Нет. Обнаружение сахара не является признаком существования бактерий, растений или любых других организмов в исследованном облаке.

Эритрулоза могла образоваться без участия жизни в результате обычных физических и химических процессов. Именно это делает находку особенно важной для астробиологии.

Она показывает, что сравнительно сложная органика не обязательно должна впервые возникать на поверхности молодой планеты. Часть необходимых исходных веществ может появиться значительно раньше — в облаке газа и пыли, из которого позднее сформируются звезда, планеты, кометы и астероиды.

Однако между появлением отдельной органической молекулы и возникновением живой клетки лежит огромная дистанция. Для жизни необходимы не только сахара, но и подходящая среда, жидкая вода, источники энергии, устойчивые химические циклы и механизмы хранения и воспроизведения информации.

Поэтому новое исследование отвечает не на вопрос, существует ли жизнь за пределами Земли, а на более ранний вопрос: насколько сложной может стать химия еще до появления планет.

Могли ли подобные вещества попасть на молодую Землю

Одна из гипотез происхождения земной органики предполагает, что часть ее сформировалась в межзвездных облаках, сохранилась во время образования Солнечной системы, а затем попала на молодую Землю в составе астероидов, метеоритов и комет.

Сахара и другие органические соединения уже обнаруживали в метеоритах и образцах астероидов. Это показывает, что некоторые сложные молекулы способны переживать отдельные этапы формирования планетной системы.

Но новое открытие не доказывает, что именно эритрулоза из межзвездного пространства была доставлена на Землю и участвовала в зарождении жизни. Оно лишь подтверждает важную начальную часть возможного сценария: такая молекула действительно может образоваться в космосе без участия организмов.

Исследователи также отмечают, что при взаимодействии с водой эритрулоза может участвовать в реакциях, приводящих к образованию других сахаров, включая треозу.

Треоза интересна ученым, поскольку входит в состав гипотетической треозонуклеиновой кислоты — TNA. Некоторые специалисты рассматривают ее как возможную более простую химическую систему, которая могла предшествовать РНК на ранних этапах эволюции жизни.

Это пока остается гипотезой. Но обнаружение эритрулозы расширяет перечень молекул, которые могли быть доступны для пребиотической химии — реакций, предшествовавших появлению первых биологических систем.

Почему открытие важно для поиска жизни во Вселенной

Находка показывает, что химическая сложность межзвездной среды была недооценена. Даже в холодных облаках без планет и жидкой воды могут формироваться соединения, которые на Земле тесно связаны с биологией.

Это не означает, что ингредиенты жизни одинаково распространены по всей Галактике. Облако G+0.693−0.027 отличается особенно богатым химическим составом и уже известно большим количеством обнаруженных органических молекул.

Тем не менее результат дает астрономам новую цель для наблюдений. Теперь эритрулозу и другие сложные сахара можно искать в облаках, где рождаются звезды, в протопланетных дисках и в районах формирования комет.

Если подобные вещества будут найдены в разных частях Галактики, это укрепит представление о том, что пребиотическая химия является естественной частью формирования планетных систем, а не уникальной особенностью ранней Земли.

Главный вывод открытия состоит не в том, что астрономы нашли жизнь или готовые молекулы ДНК. Они обнаружили новый аргумент в пользу гипотезы, согласно которой часть органического сырья для будущих планет может создаваться в межзвездном пространстве задолго до их рождения.

По материалам: исследование Nature Astronomy и Центр астробиологии CAB, CSIC–INTA.