Первый раз настоящий сахар нашли в космосе: почему ученые в восторге?

В центре Млечного Пути, в облаке газа и пыли с трудным именем G+0.693-0.027, телескопы засекли молекулу, которой здесь быть не должно. Это сахар. Настоящий, четырехуглеродный, относящийся к тому же классу соединений, что и глюкоза с фруктозой. А именно эритрулоза.

Поразительно, ведь никто и никогда раньше не находил сахар в межзвездной среде. Были только простые намеки, вроде гликольальдегида.

Но космический сахар сильно отличается от земного. Из чего он состоит и почему астрономы охотились за ним почти два десятилетия?

Охота на призрака

Дело в том, что сахара крайне сложно обнаружить в космосе. При попытке нагреть их в лаборатории, чтобы снять спектр, они разлагаются на простейшие компоненты еще до того, как превратятся в газ. А без точного спектра ловить молекулу в космосе — это все равно, что черную кошку в темной комнате. Именно поэтому долгое время эта задача считалась почти безнадежной.

Прорыв случился, когда ученые применили лазерную сублимацию. Короткий мощный импульс буквально выстреливал молекулы сахара в газовую фазу, не давая им разрушиться. Так удалось получить спектры сразу нескольких сахаров, включая ту самую эритрулозу.

Вооружившись этой «картой», международная команда во главе с Изаскун Хименес-Серрой направила два радиотелескопа на центр Галактики, в облако G+0.693. Оно находится в 8200 световых годах от Земли и славится как один из химических «котлов» Млечного Пути. Там уже находили мочевину, спирты и другие сложные молекулы.



Расшифровка сигнала заняла месяцы. Облако оказалось настолько перенаселено разными соединениями, что спектр напоминал кашу из сотен линий. Среди этого хаоса нужно было отыскать 17 слабых сигнатур эритрулозы. Шесть из них почти не перекрывались с чужими сигналами. Вероятность того, что это случайное совпадение, составила всего 0,2 процента. Короче, в этот раз у сахара спрятаться не получилось.

Секрет асимметрии жизни

Земной сахар из магазина — это почти всегда сахароза: двойная молекула из глюкозы и фруктозы. У космического сахара другая архитектура. Во-первых, это кетоза, а не альдоза. Если представить молекулу углеродной цепочкой, то у привычных сахаров «руль» (карбонильная группа) находится на конце. У эритрулозы эта группа торчит прямо посередине, как если бы руль у автомобиля находился в багажнике.

Во-вторых, у эритрулозы всего четыре атома углерода, тогда как у глюкозы — шесть. Это не сделало бы ее слаще, но кардинально меняет химические свойства. И главное: молекула оказалась хиральной. Это значит, что она существует в двух зеркальных формах, которые вообще не совмещаются, как левая и правая перчатки.



Для астрономов это была своего рода сенсация. До этого в межзвездной среде находили только одну хиральную молекулу — пропиленоксид.

Ну а для биологов это открытие стало самым настоящим праздником! Еще бы, ведь все сахара и аминокислоты в живых организмах на Земле либо левые, либо правые. Смеси не бывает никогда.

А вот в космосе обе зеркальные формы рождаются в равных количествах. Как и откуда взялась та самая асимметрия, которая сделала возможной жизнь, — это одна из главных загадок современной науки. И открытие сахара в космосе стало важнейшим шагом в сторону разгадки.

Фабрика в центре Галактики

Как сахар мог образоваться в жестких условиях межзвездной среды, где температура не поднимается выше -250 °C? Да и логика против, ведь чем сложнее молекула, тем реже она встречается. Однако с эритрулозой вышло наоборот. Более простые трехуглеродные сахара (глицеральдегид и дигидроксиацетон) в этом же облаке практически не обнаружили. И это ломает все принятые правила.



Моделирование показало: сахар рождается на поверхности ледяных пылинок. Исходный материал — два простых двухуглеродных соединения: гликольальдегид (его уже находили в космосе) и обычный этиленгликоль, компонент антифриза. Под ударами космических лучей от молекул отрываются атомы водорода, образуются радикалы. При температуре около -253 °C частицы почти не движутся, но их сближает туннельный эффект. Так называется квантовое явление, которое позволяет частицам (атомам или радикалам) проходить сквозь энергетические барьеры, даже когда у них не хватает для этого тепловой энергии.

Ключевой момент — это смена электронного спина. Чтобы два радикала соединились, их неспаренные электроны должны смотреть в противоположные стороны. Переход между разными спиновыми состояниями — самая медленная часть процесса. Но за миллионы лет в любом случае накопится достаточное количество сахара.

Ученые подозревают, что виноваты постоянные столкновения облаков в центре Галактики. Мощные ударные волны выбивают лед с пылинок, и сложные молекулы попадают в газовую фазу. При этом более крупные сахара, как эритрулоза, разрушаются ультрафиолетом медленнее, чем их мелкие «родственники» — у них больше степеней свободы, чтобы рассеять лишнюю энергию. Вот почему мы видим много четырехуглеродного сахара и почти не видим трехуглеродных.

Заключение

Если когда-нибудь нам удастся доставить образец такого космического сахара на Землю, его нельзя будет пробовать на вкус. И не только потому, что он радиоактивен под действием космических лучей. Просто эритрулоза в 10 000 раз слаще обычного столового сахара. Это один из самых интенсивных подсластителей, известных науке.

Но дело даже не в этом. Главное, что в лабораториях уже давно научились превращать эритрулозу в треозу — основу треозо-нуклеиновой кислоты (ТНК), упрощенной версии РНК. Некоторые биологи считают, что именно ТНК, а не РНК, была первой самовоспроизводящейся молекулой на Земле.



И вот теперь оказалось, что природа умеет штамповать этот сахар прямо в космосе, без всяких лабораторий. Остается только гадать: если в центре нашей Галактики столько сахара, сколько же его в тех уголках Вселенной, где условия мягче? Так что шансы на то, что где еще могла появиться жизнь, вырастают.