由西班牙天体生物学中心领衔的国际团队利用耶韦斯40米和IRAM 30米射电望远镜,在银河系中心附近的分子云G+0.693−0.027中首次于星际介质内探测到赤藓酮糖(erythrulose)。这种含有四个碳原子的单糖可以在冰冷的星际尘埃上由较简单的分子形成,为糖类可能经小行星或彗星送达早期行星的假说提供了新证据,但不能证明地球生命本身起源于外太空。
文章重点
- 这是星际介质中首次确认的糖,也是首次在该环境中探测到四碳糖赤藓酮糖。
- 团队在12组谱线中识别出17个跃迁信号,其中6组基本不受其他分子干扰,随机对齐的估算概率为0.2%。
- 赤藓酮糖的丰度至少是未探测到的三碳糖上限的8至17倍,表明星际糖类未必只通过逐一增加碳原子的方式形成。
- 化学模型显示,它可由较简单的二碳醛与醇在冰冷星际尘埃表面形成。
- 研究支持生命前体可由外来天体输送的可能性,但没有证明生命或地球生命直接来自外太空。
在一团靠近银河系中心、距离地球约8.2千秒差距(约2.67万光年)的气体与尘埃云中,天文学家首次在星际介质内确认了真正的糖分子。研究团队在分子云G+0.693−0.027中找到了赤藓酮糖(erythrulose)的射电光谱指纹。它是一种含有四个碳原子的酮糖,也微量存在于覆盆子等水果中,并可用于美黑化妆品。
如何从数万光年外识别一种糖?
分子转动时会在特定频率发出或吸收射电波,形成像指纹一样独特的频谱。团队利用西班牙耶韦斯天文台的40米望远镜及IRAM的30米望远镜,取得横跨超过91 GHz的高灵敏度频谱,再与实验室测得的赤藓酮糖旋转光谱进行比对。研究在12组谱线中识别出共17个跃迁信号;其中6组基本不受其他分子污染,统计估算显示它们全部偶然落在正确位置的概率约为0.2%。
测得的激发温度为11.3 ± 1.8 K,赤藓酮糖相对于氢分子的丰度约为(6.4 ± 0.6)× 10⁻¹⁰。更令人意外的是,团队未能在同一分子云中找到结构较简单的三碳糖;赤藓酮糖的估算丰度至少高出这些三碳糖的观测上限8至17倍。这一次序与分子通过逐一增加碳原子而变大的直观认识并不一致。
冰冷尘埃也能制造复杂糖
量子化学计算与星际化学模拟指出,赤藓酮糖可以由乙醇醛、乙二醇等较简单的二碳分子,在温度约20至30 K的星际尘埃冰层上反应形成。这意味着糖类不必等到恒星、行星或生命出现后才产生;孕育恒星与行星的分子云本身已经可以进行相当复杂的非生物化学反应。
这与生命起源有什么关系?
赤藓酮糖不是生命,也不是RNA中的核糖。不过,酮糖在有水环境中可以转化为相应的醛糖,例如苏糖与赤藓糖;这些反应与早期核酸原料的形成研究有关。如果糖或其前体先在分子云中生成,之后被纳入小行星、彗星或其他小天体,它们便可能在撞击年轻行星时,将生命前化学所需的原料送到行星表面。
论文根据观测丰度、陨石含水量以及早期地球接收的有机物总量推算,在约41亿至39亿年前的后期重轰炸时期,可能有约5亿至500亿千克赤藓酮糖抵达地球。不过,这是依赖多项假设的数量级估算,而且后期重轰炸的强度与时间范围本身仍有争议,不应将其视为直接测量结果。
真正的突破与仍待回答的问题
这项成果的关键在于证明具有手性、含四个碳原子的复杂糖可以在星际条件下非生物合成并保存下来。它让科学家更有理由寻找核糖等与RNA联系更直接的糖,也促使研究人员重新审视星际尘埃表面的反应网络。现阶段最准确的结论是:宇宙能在行星形成前制造一部分生命化学原料;生命是否以及如何由这些原料出现,仍是另一个尚未解答的问题。