Na mladú Zem mohli z vesmíru dopadnúť milióny ton cukru. Astronómovia ho prvýkrát objavili medzi hviezdami
Astronómovia prvýkrát objavili cukor priamo v medzihviezdnom priestore. Erytrulóza mohla na mladú Zem doraziť s asteroidmi a kométami.
Astronómovia objavili v molekulovom oblaku pri centre Mliečnej cesty erytrulózu, cukor, ktorý sa na Zemi prirodzene nachádza napríklad v malinách a používa sa aj v samoopaľovacích prípravkoch. Ide o prvý cukor, ktorý vedci priamo identifikovali v medzihviezdnom prostredí. Medzinárodný tím vedený výskumníčkou Izaskun Jiménezovou-Serrovou z Centro de Astrobiología (CSIC-INTA) ho zachytil v molekulovom oblaku neďaleko jadra našej Galaxie.
Erytrulóza patrí medzi ketózy a obsahuje štyri atómy uhlíka. Ide pritom o jedinú možnú ketózu s takýmto počtom uhlíkov. Do širšej skupiny cukrov patria aj ribóza a deoxyribóza, ktoré spolu s fosfátmi vytvárajú základnú kostru RNA a DNA. Cukry zároveň vstupujú do množstva metabolických procesov, bez ktorých by živé organizmy nedokázali fungovať.
Cukry už vedci v minulosti našli v meteoritoch a asteroidových vzorkách. Priamo v medzihviezdnom plyne sa však ich prítomnosť doteraz potvrdiť nepodarila. Erytrulóza preto posúva ich možný pôvod hlbšie do minulosti, ešte do obdobia pred vznikom planét.
Ako sa vlastne na mladej Zemi vzali prvé cukry? Laboratórne experimenty napodobňujúce vtedajšie podmienky zatiaľ nedokázali presvedčivo vysvetliť, ako mohlo vzniknúť dostatočné množstvo monosacharidov. Práve tie pritom mohli vstupovať do prvých metabolických a genetických procesov.
Dôležitú stopu priniesli meteority a vzorky z asteroidov. Výskumníci v nich našli napríklad ribózu či glukózu, čo naznačilo, že časť týchto látok nemusela vzniknúť až na povrchu Zeme.
Neprehliadni
Niektoré cukry sa mohli vytvoriť už v prvotnom molekulovom oblaku, z ktorého neskôr vznikla Slnečná sústava. Asteroidy a kométy ich potom mohli dopraviť na mladú planétu. Objekty ako 3I/ATLAS či kométa Borisov navyše ukazujú, že pevné telesá dokážu prechádzať aj medzi jednotlivými hviezdnymi systémami. Nová štúdia však sleduje najmä to, či cukor môže vzniknúť priamo v molekulovom oblaku.
Cukor vo vesmíre môže vznikať inak, než vedci čakali
Výskumníci sa zamerali na molekulový oblak G+0.693−0.027 neďaleko centra Mliečnej cesty. Ide o hustú oblasť naplnenú plynom, prachom a množstvom organických molekúl. V jej najchladnejších častiach sa jednoduchšie zlúčeniny zachytávajú na prachových zrnkách a vytvárajú na nich tenké vrstvy ľadu.
Práve v spektre z tejto oblasti tím našiel podpis erytrulózy. Látku, ktorú si spájame skôr s malinami alebo samoopaľovacími prípravkami, tak astronómovia zachytili v materiáli, z akého sa neskôr môžu zrodiť hviezdy a planéty. Molekulový oblak patrí medzi chladné oblasti Galaxie, chemicky však rozhodne nie je mŕtvy. Rádioteleskopy dokážu zachytiť slabé žiarenie molekúl a rozložiť ho podľa frekvencií. Astronómovia potom z výsledného spektra určujú, aké látky sa v plyne nachádzajú.
Každá molekula zanecháva charakteristickú kombináciu spektrálnych čiar, podobne ako človek odtlačok prsta. Spektrum erytrulózy najprv presne zmerali v laboratóriu na Univerzite Baskicka. Rovnaký vzor následne našli aj v údajoch z oblaku G+0.693−0.027.
Tím identifikoval celkovo 12 spektrálnych čiar, ktoré sa zhodovali s laboratórnymi meraniami. Pozorovania pochádzali zo širokopásmových spektroskopických prieskumov uskutočnených pomocou 40-metrového rádioteleskopu Yebes a 30-metrového teleskopu inštitútu IRAM. Pri zhode takého počtu čiar zostáva len malý priestor na zámenu s inou molekulou.
Erytrulóza sa navyše v oblaku objavovala v nečakane vysokom množstve. Bola najmenej osemkrát hojnejšia než podobné trojuhlíkové cukry, ktoré sa v rovnakej oblasti nepodarilo zachytiť. Keďže ich vedci priamo nezmerali, pri porovnaní vychádzali z najvyššieho množstva, ktoré by ešte mohlo uniknúť detekcii.
Astrochemické modely často počítajú s tým, že väčšie molekuly vznikajú postupným pridávaním ďalších atómov uhlíka. Podľa tejto predstavy by sa menšie trojuhlíkové cukry mali objavovať častejšie než štvoruhlíková erytrulóza.
Merania ukázali presný opak. Medzihviezdna chémia teda zrejme využíva aj reakcie, pri ktorých môžu väčšie molekuly vznikať priamo z jednoduchších prekurzorov bez toho, aby sa v rovnakom prostredí nahromadili všetky očakávané medzistupne.
Cukor sa na Zem mohol dostať spolu s asteroidmi a kométami
Ako môže pomerne zložitý cukor vzniknúť v chladnom molekulovom oblaku? Tím z CAB hľadal odpoveď spolu s chemikmi z Univerzity Extremadura a holandskej Radboud University. Ukázalo sa, že rozhodujúcu úlohu môžu hrať ľadové obaly na prachových zrnkách.
Erytrulóza môže podľa výsledkov vznikať z jednoduchších dvojuhlíkových alkoholov a aldehydov. Tieto látky zamrznú na povrchu drobných prachových častíc a stanú sa súčasťou ľadovej vrstvy. Molekuly sa tam dostanú blízko k sebe a môžu medzi nimi prebehnúť reakcie, pri ktorých vzniknú zložitejšie organické zlúčeniny.
Ľadové zrnká tak fungujú ako malé vesmírne reaktory. Keď sa ich povrch neskôr zahreje alebo naruší, vzniknuté molekuly sa uvoľnia späť do plynu. V tejto fáze už môžu rádioteleskopy zachytiť ich charakteristické spektrum.
Z množstva erytrulózy nameraného v oblaku G+0.693−0.027 vedci odhadli, že počas neskorého veľkého bombardovania mohlo na Zem dopadnúť približne 0,5 až 50 miliónov ton tohto cukru. Ide o široký modelový odhad pre obdobie približne pred 4,1 až 3,8 miliardy rokov, keď mladú planétu často zasahovali asteroidy a kométy.
Takýto prísun organických látok z vesmíru mohol výrazne rozšíriť chemickú zmes na povrchu mladej Zeme. Erytrulóza a ďalšie podobné molekuly sa mohli dostať do prostredia, v ktorom sa neskôr rozbehli prvé metabolické a replikačné procesy.
Nejde o dôkaz, že život prišiel z vesmíru. Nález skôr ukazuje, že časť surovín potrebných pre jeho vznik mohla byť pripravená ešte pred sformovaním Zeme a na jej povrch doručená spolu s asteroidmi a kométami.
Ďalším veľkým cieľom astronómov bude ribóza, cukor tvoriaci súčasť RNA. Jej objavenie v medzihviezdnom priestore by ukázalo, že aj jedna z najdôležitejších súčastí prvých genetických molekúl môže vzniknúť dávno predtým, než sa z oblaku plynu a prachu zrodí planéta.
