Kód Enigma Express:
Astronomové poprvé bezpečně identifikovali skutečný jednoduchý cukr v mezihvězdném prostoru. Erytrulózu nalezli v molekulárním oblaku poblíž středu Mléčné dráhy, přibližně 27 000 světelných let od Země.
Molekula pravděpodobně vzniká na ledových površích prachových zrnek bez účasti živých organismů.
Objev není důkazem mimozemského života, ale ukazuje, že vesmír dokáže vytvářet složité látky důležité pro biologii ještě před vznikem planet.
Překvapivé je také to, že čtyřuhlíkatá erytrulóza byla hojnější než jednodušší tříuhlíkaté cukry, které se zachytit nepodařilo.
Podobné molekuly se mohly prostřednictvím komet a asteroidů dostat také na mladou Zemi a rozšířit zásobu látek dostupných pro prebiotickou chemii.
Plnou verzi článku čtěte níže
Nejde o sacharózu, kterou si lidé sypou do kávy, ani o důkaz mimozemského života. Objev je významný z jiného důvodu. Erytrulóza je prvním skutečným cukrem, který se podařilo bezpečně rozpoznat v mezihvězdném prostoru, tedy v materiálu existujícím mezi hvězdami. Ukazuje, že chemické prostředí vesmíru dokáže vytvářet překvapivě složité látky důležité pro biologii ještě před vznikem planet.
Cukr, který nevznikl v ovoci ani v buňce
Erytrulóza má chemický vzorec C₄H₈O₄ a patří mezi monosacharidy, tedy jednoduché cukry, které už nelze rozložit na menší sacharidové jednotky. Na Zemi se v malém množství nachází například v malinách a využívá se také v některých samoopalovacích přípravcích.
Její vesmírná varianta však nevznikla působením živého organismu. V molekulárním oblaku G+0.693−0.027 se pravděpodobně vytvořila čistě abiotickou cestou, tedy prostřednictvím chemických reakcí bez účasti života.
Právě to dává objevu jeho skutečný význam. Cukry jsou zásadní součástí pozemské biochemie. Buňky je využívají jako zdroj energie, stavební materiál i součást složitějších molekul. Cukerné jednotky tvoří také kostru RNA a DNA, bez nichž by neexistovalo ukládání a předávání genetické informace.
Při pokusech napodobit podmínky mladé Země však cukry často nevznikají v dostatečném množství nebo se rychle rozpadají. V modelech vzniku života se proto mnohdy objevují jako hotová vstupní surovina, aniž by bylo zcela jasné, odkud se na mladé planetě vzala.
Molekulární továrna poblíž galaktického centra
Astronomové erytrulózu nalezli v oblaku G+0.693, který leží v oblasti galaktického centra přibližně 27 000 světelných let od Země. Nejde o místo, kde by právě vznikala hvězda. Je to však mimořádně bohatá zásobárna složitých organických molekul.
V mezihvězdném prostředí už vědci identifikovali více než 340 různých molekul. Některé jsou jednoduché, jiné obsahují dlouhé uhlíkové řetězce nebo aromatické kruhy. V oblaku G+0.693 byly v minulosti nalezeny také látky související s prebiotickou chemií, například močovina, hydroxylamin či ethanolamin, který může být předchůdcem složek buněčných membrán.
Erytrulóza tuto chemickou sbírku posouvá dál. Je tvořena čtrnácti atomy a představuje největší dosud známou mezihvězdnou molekulu bez uzavřeného kruhu. Zároveň je první detekovanou molekulou v mezihvězdném prostředí, která obsahuje čtyři atomy kyslíku.
Je také chirální. To znamená, že může existovat ve dvou prostorových podobách, které jsou vůči sobě uspořádány podobně jako levá a pravá ruka. Živá příroda přitom často používá pouze jednu z těchto zrcadlových variant. Erytrulóza je teprve druhou chirální molekulou, která byla v mezihvězdném prostoru nalezena.
Molekuly nejsou vidět, přesto mají vlastní podpis
Dalekohledy samozřejmě nevyfotografovaly krystalky cukru plující mezi hvězdami. Erytrulózu astronomové rozpoznali pomocí rádiové spektroskopie.
Molekuly se ve vesmíru otáčejí a při přechodu mezi různými rotačními stavy pohlcují nebo vyzařují elektromagnetické záření na přesně daných frekvencích. Každá molekula tak vytváří charakteristickou sestavu spektrálních čar, která funguje podobně jako otisk prstu.
Výzkumný tým vedený Izaskun Jiménezovou-Serrovou využil čtyřicetimetrový radioteleskop v observatoři Yebes a třicetimetrový teleskop IRAM ve španělské Sierra Nevadě. V mimořádně citlivém průzkumu pokrývajícím více než 91 gigahertzů identifikoval dvanáct skupin čar odpovídajících erytrulóze, dohromady sedmnáct jednotlivých rotačních přechodů.
Šest nejčistších čar vykazovalo jen malou kontaminaci signály ostatních molekul. Pravděpodobnost, že by se všechny náhodně seřadily na správných frekvencích, vědci odhadli přibližně na 0,2 procenta.
Složitější cukr porazil ty jednodušší
Výsledek přinesl ještě jedno překvapení. Vědci očekávali, že nejprve najdou jednodušší cukry se třemi atomy uhlíku, konkrétně glyceraldehyd a dihydroxyaceton. Ani jeden z nich se však v oblaku prokázat nepodařilo.
Čtyřuhlíkatá erytrulóza byla podle naměřených limitů nejméně osmkrát až sedmnáctkrát hojnější než obě jednodušší látky. To je neobvyklé, protože u mnoha skupin mezihvězdných molekul jejich zastoupení s každým dalším atomem uhlíku výrazně klesá.
Větší molekula by podle této jednoduché logiky měla být vzácnější. Zřejmě však existuje chemická cesta, která erytrulózu zvýhodňuje.
Modely naznačují, že vzniká na povrchu mikroskopických zrnek mezihvězdného prachu obalených ledem. Základ mohou tvořit dvě běžnější dvouuhlíkaté látky: glykolaldehyd a ethylenglykol. Kosmické záření a další energetické procesy z nich vytvoří reaktivní fragmenty, které se mohou na ledovém povrchu spojit v erytrulózu.
Rázové vlny procházející molekulárním oblakem pak část molekul uvolní z ledu do okolního plynu, kde je zachytí radioteleskopy. Výpočty zatím nedokážou přesně reprodukovat pozorované množství všech látek, což naznačuje, že mezihvězdná chemie cukrů skrývá další dosud neznámé reakce.
Recept na život mohl vzniknout dříve než Země
Nález erytrulózy neznamená, že v galaktickém centru existuje život. Složitá organická molekula není organismus a může vzniknout i bez buněk, metabolismu nebo genetické informace.
Ukazuje však, že některé důležité chemické suroviny nemusely být vynálezem mladé Země. Mohly vznikat už v mezihvězdných mračnech, z nichž se později rodily hvězdy, planetární soustavy, komety a asteroidy.
Podobnou možnost podporují i vzorky z našeho okolí. Ribóza, glukóza a další cukry byly nalezeny v uhlíkatých meteoritech a také v materiálu odebraném z asteroidu Bennu. Není proto vyloučeno, že část organické výbavy mladé Země přinesly dopady asteroidů a komet.
Autoři studie na základě množství erytrulózy v oblaku odhadují, že během období intenzivního bombardování mohla na ranou Zemi dopadnout přibližně půl miliardy až padesát miliard kilogramů této látky. Jde o modelový výpočet zatížený značnou nejistotou, nikoli o přímé měření. Přesto ukazuje, že vesmírný přísun nemusel být zanedbatelný.
Erytrulóza není ribóza, ale může se proměňovat
Erytrulóza sama netvoří páteř dnešní RNA nebo DNA. V přítomnosti vody se však ketózové cukry mohou přeskupovat na příbuzné aldózy. Erytrulóza se tak může změnit například na erytrózu nebo threózu.
Threóza je zajímavá tím, že může tvořit základ takzvané threózové nukleové kyseliny neboli TNA. Jde o jednodušší obdobu RNA, kterou někteří vědci zkoumají jako možného předchůdce dnešních nukleových kyselin. Laboratorní experimenty navíc ukázaly, že směsi obsahující erytrulózu mohou vstupovat do reakcí vedoucích ke vzniku stavebních částí RNA.
Není tím dokázáno, že právě tato cesta vedla ke vzniku života na Zemi. Objev však odstraňuje jednu překážku: ukazuje, že erytrulóza nemusí být do prebiotických experimentů přidávána jako zázračná hotová látka. V přírodě může vznikat sama, a dokonce v prostředí, které existovalo dávno před prvními oceány.
Vesmír není živý, ale není ani chemicky prázdný
Obraz vesmíru jako téměř prázdného prostoru mezi hvězdami je stále méně přesný. Prachová zrna obalená ledem fungují jako mikroskopické chemické laboratoře. Záření dodává energii, radikály se pohybují v ledu, molekuly se spojují a rázové vlny je uvolňují zpět do plynu.
Z těchto procesů nevzniká život. Mohou však vytvářet část molekulárního inventáře, z něhož život později čerpá.
První skutečný mezihvězdný cukr proto není důkazem, že Galaxie žije. Je důkazem, že vesmír dokáže připravovat některé suroviny pro biologii ještě předtím, než vůbec existuje planeta, na níž by mohly být použity.
Věděli jste, že…
Erytrulózu bylo možné ve vesmíru hledat teprve poté, co vědci přesně změřili její rotační spektrum v laboratoři. Cukry jsou tepelně nestabilní a silně pohlcují vlhkost, takže je bylo obtížné převést do plynné fáze. Výzkumníci tento problém vyřešili pomocí ultrarychlého laserového odpařování a vytvořili frekvenční „mapu“, podle níž astronomové molekulu později rozpoznali v galaktickém oblaku.
Další témata z vědy, historie a přírody najdete na Kód Enigma.
Zdroje: Nature Astronomy – Detection of a four-carbon sugar in interstellar space [1], Centro de Astrobiología – Sugar in interstellar space [2], Nature – First ‘true sugar’ molecule found in space [3], The Journal of Physical Chemistry Letters – Laboratory Observation of, Astrochemical Search for, and Formation of Interstellar Erythrulose [4], img ai generated
