Межзвёздное пространство долго считалось почти пустым и химически инертным, однако за последние десятилетия астрономия показала обратное. В гигантских газопылевых облаках между звёздами фиксируются сложные органические соединения — от молекул, близких к аминокислотам, до веществ, которые могут участвовать в формировании клеточных структур. Каждое новое открытие постепенно расширяет представление о химии космоса и возможных путях возникновения жизни.
Новая работа, размещённая в препринте на arXiv, сообщает о первом обнаружении четырёхуглеродного сахара в межзвёздной среде. Речь идёт об эритрулозе — кетозном сахаре с цепочкой из четырёх атомов углерода. Его зафиксировали в известном молекулярном облаке G+0.693-0.027, одном из наиболее химически насыщенных регионов в центре Галактики.
Для поиска использовались два радиотелескопа: 40-метровый телескоп Йебеса и 30-метровый телескоп IRAM. Исследование велось через анализ плотных спектральных линий облака, где сигналы отдельных молекул накладываются друг на друга и требуют точного выделения. В результате удалось выделить набор характеристических линий, соответствующих эритрулозе. Статистическая вероятность случайного совпадения оказалась крайне низкой — около 0,2%, что подтверждает надёжность обнаружения.
Отдельное внимание вызвало отсутствие в тех же данных трёхуглеродных сахаров. При этом эритрулоза фиксировалась в значительно большей концентрации — минимум в восемь раз выше, чем у возможных трёхуглеродных аналогов, включая глицеральдегид. Такая разница поставила вопрос о механизме формирования: каким образом более сложная молекула возникает при отсутствии более простых предшественников.
Для ответа на этот вопрос применялись квантово-химические расчёты и кинетическое моделирование Монте-Карло. Модели показали, что постепенное наращивание углеродной цепи по одному атому маловероятно. Более вероятный сценарий связан с реакциями на поверхности межзвёздных ледяных частиц, где соединяются двухуглеродные фрагменты.
В качестве исходных компонентов рассматриваются гликоальдегид и этиленгликоль. На поверхности пылевых зёрен в условиях космоса эти вещества подвергаются постоянному воздействию космических лучей и атомарного водорода. Это приводит к образованию активных радикалов, которые запускают цепочки реакций. В результате соединения двухуглеродных блоков формируют четырёхуглеродный сахар без необходимости участия трёхуглеродных промежуточных соединений.
Такой механизм меняет представления о путях синтеза сложных органических молекул в космосе. Он показывает, что рост химической сложности возможен не только через последовательное наращивание структуры, но и через сборку из более крупных фрагментов.
Интерес к эритрулозе связан не только с её обнаружением, но и с потенциальной ролью в химии происхождения жизни. В современной биологии функции хранения и передачи генетической информации выполняют ДНК и РНК, в основе которых лежит рибоза — пятиуглеродный сахар. Однако синтез рибозы в условиях ранней Земли вызывает серьёзные трудности, что привело к гипотезам о существовании более ранних химических систем.
Среди таких гипотез рассматривается нуклеиновая кислота треозы, где основой служит четырёхуглеродный сахар треоза. В водной среде кетозные сахара, включая эритрулозу, способны переходить в альдозные формы, в том числе в треозу. Это создаёт возможную химическую связь между обнаруженной в космосе молекулой и предполагаемыми предшественниками генетических полимеров.
Дополнительный интерес вызывает тот факт, что значительные количества органических веществ могли попасть на раннюю Землю во время поздней интенсивной бомбардировки, когда планета подвергалась частым ударам космических тел. В этот период сложные сахара могли накапливаться в поверхностных слоях и участвовать в дальнейших химических процессах после охлаждения океанов и стабилизации условий среды.
Несмотря на высокую точность наблюдений, в работе отмечаются и неопределённости. Расчётные модели предсказывают более высокую частоту образования эритрулозы, чем зафиксировано в данных наблюдений. Это указывает на неполноту текущих моделей химии межзвёздной среды и необходимость дальнейших исследований реакций на поверхности космических пылевых частиц.
Полученные результаты усиливают представление о том, что в межзвёздных облаках активно формируются сложные органические соединения, потенциально связанные с базовыми строительными блоками жизни.
