ستاره‌شناسان اولین شواهد مولکول قند را در فضای میان‌ستاره‌ای کشف کردند

برای دهه‌ها، محققان منشأ حیات با یک پارادوکس شیمیایی آزاردهنده روبرو بوده‌اند. قندها ستون فقرات ضروری DNA و RNA هستند و به عنوان چارچوب ساختاری برای تمام زیست‌شناسی شناخته شده عمل می‌کنند. با این حال، آزمایش‌های آزمایشگاهی که شرایط خشن و ناپایدار زمین اولیه را شبیه‌سازی می‌کنند، به طور مداوم در تولید این کربوهیدرات‌های حیاتی به مقدار کافی شکست می‌خورند.

اگر سوپ اولیه نتوانست قند کافی برای شروع اولین سلول‌های زنده تولید کند، این ماده شیرین از کجا آمده است؟ به نظر می‌رسد پاسخ ممکن است در فضاهای یخ‌زده و پرتو دیده شده بین ستارگان نهفته باشد.[3]

مقاله جدیدی که در نشریه «نیچر آسترونومی» منتشر شده است، داستان منشأ حیات را بسیار فراتر از جو ما می‌برد. یک تیم بین‌المللی از ستاره‌شناسان با استفاده از تلسکوپ‌های رادیویی فوق‌حساس، اریترولوز (یک قند ساده چهار کربنی) را در یک ابر مولکولی غول‌پیکر در نزدیکی مرکز کهکشان راه شیری شناسایی کرده‌اند. این کشف اولین شناسایی تأیید شده یک قند واقعی یا مونوساکارید در محیط میان‌ستاره‌ای است و ثابت می‌کند که جهان از نظر شیمیایی برای حیات، مدت‌ها قبل از شکل‌گیری سیارات، آماده است.[1][2][4][5]

تیم تحقیقاتی، به رهبری ایزاسکون خیمنز-سرا (Izaskun Jiménez-Serra) از مرکز اخترزیست‌شناسی اسپانیا، تلسکوپ‌های ۴۰ متری یبس (Yebes) و ۳۰ متری آیرام (IRAM) را به سمت ابری غنی از مواد شیمیایی به نام G+۰.۶۹۳−۰.۰۲۷ نشانه گرفتند. این تمرکز عظیم گاز و غبار که تقریباً ۲۷,۰۰۰ سال نوری از زمین فاصله دارد، به عنوان یک مهد ستاره‌ای عمل می‌کند که در آن سامانه‌های ستاره‌ای جدید متولد می‌شوند. ستاره‌شناسان با تجزیه و تحلیل بررسی‌های طیف‌سنجی باند پهن، ۱۲ خط طیفی متمایز را شناسایی کردند که کاملاً با طیف چرخشی آزمایشگاهی اریترولوز مطابقت داشت.[2][5][7]

اریترولوز که حاوی ۱۴ اتم است، اکنون بزرگترین گونه مولکولی غیرحلقوی است که تاکنون در فضای میان‌ستاره‌ای شناسایی شده است. همچنین این تنها دومین مولکول کایرال (Chiral) یا دست‌سان است که در فضای کیهانی یافت شده است – یک جزئیات حیاتی، زیرا «دست‌سانی» خاص مولکول‌های زیستی یک ویژگی تعیین‌کننده حیات روی زمین است. در حالی که ستاره‌شناسان قبلاً ترکیبات ساده‌تر مرتبط با قند مانند گلیکول‌آلدئید را در فضا پیدا کرده بودند، اریترولوز اولین مولکولی است که به اندازه کافی پیچیده است تا رسماً به عنوان یک قند واقعی طبقه‌بندی شود.[1][5][7][8]

این داده‌ها همچنین یک فرض رایج در شیمی نجومی را زیر و رو کرد. دانشمندان قبلاً فکر می‌کردند که مولکول‌های پیچیده میان‌ستاره‌ای به آرامی و با روشی منظم، در طول میلیون‌ها سال، یک اتم کربن به آن اضافه می‌کنند. با این حال، مشاهدات نشان داد که اریترولوز، که حاوی چهار کربن است، حداقل هشت برابر بیشتر از قندهای ساده‌تر سه کربنی در این ابر فراوان است. در واقع، تیم نتوانست هیچ قند سه کربنی را در آن منطقه شناسایی کند.[6][7]

این فراوانی شگفت‌انگیز نشان‌دهنده سازوکار کاملاً متفاوتی برای تشکیل است. داده‌ها حاکی از آن است که این قند به سرعت بر روی سطوح یخی دانه‌های غبار کیهانی تشکیل می‌شود، زمانی که مولکول‌های دو کربنی، مانند الکل‌ها و آلدئیدها، با هم ترکیب می‌شوند. به جای یک تجمع آهسته و متوالی، به نظر می‌رسد ابرهای تاریک و یخ‌زده‌ای که ستارگان در آن متولد می‌شوند، به عنوان کارخانه‌های شیمیایی بسیار کارآمد عمل می‌کنند و مواد پیچیده لازم برای حیات را از پیش بسته‌بندی می‌کنند.[7][8]

در حالی که یافتن قندی که معمولاً در تمشک و لوسیون‌های برنزه کننده یافت می‌شود، در فضای عمیق شگفت‌انگیز است، اما به معنای یافتن خود حیات نیست. اریترولوز مستقیماً توسط زیست‌شناسی زمینی مدرن استفاده نمی‌شود. با این حال، حضور آن یک سرنخ بزرگ است. اریترولوز در محیط‌های آبی به راحتی به ترئوز (Threose) تبدیل می‌شود، که یک پیش‌ساز حیاتی برای اسید نوکلئیک ترئوز (TNA) است. بسیاری از زیست‌شناسان معتقدند TNA یک گام تکاملی بود که در نهایت منجر به تشکیل RNA شد.[3][4][8]

جهش از گاز میان‌ستاره‌ای به زیست‌شناسی زمینی هنوز به استنتاج‌های سنگینی متکی است، اما محاسبات قانع‌کننده هستند. محققان محاسبه می‌کنند که بین ۵۰۰ هزار تا ۵۰ میلیون تن از این قند می‌توانسته در طول «بمباران سنگین متأخر» (Late Heavy Bombardment)، دوره‌ای از برخوردهای شدید سیارکی در حدود ۴ میلیارد سال پیش، از طریق دنباله‌دارها و شهاب‌سنگ‌ها به زمین برخورد کرده باشد. این نشان می‌دهد که سیاره جوان ما محموله‌های عظیمی از قندهای از پیش ساخته شده را مستقیماً از فضا دریافت کرده است.[6][7]

با این حال، اثبات اینکه این قندهای خاص فضایی از برخوردهای آتشین جان سالم به در برده و با موفقیت مسیرهای متابولیک اولیه زمین را بذرپاشی کرده‌اند، همچنان یک چالش تجربی بزرگ است.

شواهد مبنی بر اینکه شهاب‌سنگ‌ها مواد آلی را منتقل می‌کنند، قوی است – قندهای ضروری زیستی مانند گلوکز و ریبوز در نمونه‌های فیزیکی بازگردانده شده از سیارک بنو (Bennu) یافت شده‌اند. با این حال، ردیابی یک تبار مستقیم و ناگسسته از یک ابر میان‌ستاره‌ای تا اولین سلول زنده، نیازمند پر کردن شکاف بزرگی در سوابق فسیلی و شیمیایی است.[3][5][8]

جایزه نهایی برای شیمی‌دانان نجومی همچنان ریبوز (Ribose) است، قند پنج کربنی که ستون فقرات واقعی RNA را تشکیل می‌دهد. در حالی که ریبوز در داخل سنگ‌های فضایی یافت شده است، هنوز به صورت آزاد در محیط میان‌ستاره‌ای مشاهده نشده است. در حال حاضر، کشف اریترولوز مرزهای شیمی کیهانی را گسترش می‌دهد و ثابت می‌کند که مواد خام مورد نیاز برای ساخت یک موجود زنده منحصر به زمین نیستند، بلکه در تار و پود خود کهکشان تنیده شده‌اند.[1][3][5][8]