W chmurze gazu, niedaleko centrum Drogi Mlecznej, odkryto cząsteczki organiczne

Coś słodkiego zidentyfikowano w otwartej przestrzeni kosmicznej i nie ma wątpliwości, że to cukier. A nawet w pewnym sensie “mleko z cukrem”, bo, jak wynika z badania opublikowanego w „Nature Astronomy” cukier ten, zwany erytrulozą, wykryto w chmurze gazu w pobliżu centrum Drogi Mlecznej, jak nazywamy naszą macierzystą Galaktykę.

Erytruloza należy do grupy ketoz, do której zalicza się również bardziej znany cukier - fruktozę. Cukier ten występuje na Ziemi w malinach oraz w produktach do samoopalania. Cukry są niezwykle ważnymi cząsteczkami organicznymi. Tworzą one szkielet DNA i RNA, a także odgrywają kluczową rolę w procesach metabolicznych.

Co odkryto w kosmicznej chmurze molekularnej niedaleko centrum Drogi Mlecznej?

Astronomowie wykorzystali radioteleskop Yebes 40 m w Guadalajarze oraz IRAM 30 m w Granadzie w Hiszpanii by analizować spektroskopowo obszar w pobliżu chmury kosmicznego gazu o nazwie G+0,693-0,027, znajdującej się w odległości około 27 tys. lat świetlnych od Ziemi. Zidentyfikowali dwanaście linii spektralnych pasujących do erytrulozy.

Warto przy okazji przypomnieć, że astronomowie wykrywali już wcześniej cukry w próbkach pochodzących z kosmosu, a dokładnie z z asteroidów i meteorytów - glukozę i rybozę.

Czy cukier z kosmosu mógł „zasilić” powstanie życia na Ziemi?

Życie na Ziemi, na której miliardy tam temu warunki chemiczne nie bardzo sprzyjały powstawaniu takich związków, mogło otrzymać słodką przekąskę z kosmosu. I nie mówimy tu o jakimś symbolicznym poczęstunku, lecz o dostawie milionów ton cukru na pierwotną Ziemię. Tak duża ilość to wniosek naukowców z faktu, że w chmurze G+0.693−0.027 jest dużo erytrulozy. Na tyle dużo, że na podstawie swoich obliczeń badacze oszacowali, że na Ziemię 4,1–3,8 miliarda lat temu, podczas tzw. „późnego intensywnego bombardowania” z podobnego do G+0.693−0.027 obłoku mogły spaść na nasza planetę miliony ton słodkiej pożywki. Byłoby tego aż nadto, aby wspomóc rozwój pierwszych procesów replikacji i metabolizmu na planecie, co ostatecznie doprowadziło do powstania życia.

Przyjmowano, że cukry występowały w chmurze molekularnej, z której powstał nasz Układ Słoneczny. Brakowało jednak wcześniej jakiegoś dowodu, że taki scenariusz jest możliwy. Wykrycie erytrulozy w odległej chmurze kosmicznego gazu to silna poszlaka.

Jakie cegiełki życia znaleziono na asteroidach Bennu i Ryugu?

Na cukrach życie się pożywi, ale związki te same w sobie nie są jego istotą. Jeśli chodzi o biochemiczne cegiełki w tym rozumieniu, czyli, jeśli nie białka, to przynajmniej ich segmenty, to w kosmosie również odkryto to i owo. Chociaż nie znaleziono jeszcze DNA ani RNA (co można by chyba uznać za odkrycie życia pozaziemskiego?), naukowcy zidentyfikowali w próbkach z asteroidów zasady azotowe nukleotydów budujących większe składniki chemiczne nici DNA i RNA - adeninę, guaninę, cytozynę, tyminę i uracyl.

Wykryto je w próbkach, które wróciły z misji kosmicznych. Szczypta gruntu z asteroidy Bennu, sprowadzona na Ziemię w 2023 roku, zawierała wszystkie pięć zasad nukleinowych, a także 14 z 20 aminokwasów wykorzystywanych przez organizmy żywe. Również próbki przywiezione z asteroidy Ryugu w 2020 roku przez japońską sondę Hayabusa2 (która po zrzuceniu próbek na Ziemię kontynuuje misję), zawierały również owe pięć zasad.

Poszlaki

To, co NASA znalazła w swojej pierwszej analizie dostarczonej próbki przez sondę OSIRIS-REx wystrzelonej jeszcze w 2016 roku w kierunku asteroidy Bennu, wskazuje, że warunki niezbędne do jego powstania były szeroko rozpowszechnione we wczesnym Układzie Słonecznym, zwiększając prawdopodobieństwo, że życie mogło powstać na innych planetach i księżycach. Próbki zawierają m. in. ślady płynącej kiedyś po powierzchni asteroidy wody. W próbkach z Bennu uczeni zidentyfikowali ślady jedenastu minerałów, które tworzą się, gdy woda zawierająca rozpuszczone sole powoli paruje, pozostawiając kryształy, od kalcytu po halit i sylwit. Podobne krystalizujące się solanki zostały wykryte lub ich obecność się podejrzewa w całym Układzie Słonecznym, w tym na planecie karłowatej Ceres i na księżycu Saturna - Enceladus. Jednak bezpośrednich i jasnych dowodów na istnienie życia w pobranych próbkach nie ma.

W kolejnych latach możemy liczyć na kolejne odkrycia. Japońska Hayabusa2, wystrzelona w 2014 roku jest obecnie w drodze do dwóch kolejnych asteroidów. Chińska misja Tianwen-2 została wystrzelona w 2025 roku w celu zebrania próbek z asteroidy bliskiej Ziemi o nazwie Kamoʻoalewa.

Czym są złożone cząsteczki organiczne (COM) i gdzie się ich szuka?

Astronomowie klasyfikują znalezione cząsteczki według stopnia złożoności, zaczynając od szerokiej grupy zwanej „złożonymi cząsteczkami organicznymi” (COM). Grupa ta zawiera węgiel, składa się z sześciu lub więcej atomów. Spośród kilkuset cząsteczek wszelkiego rodzaju odkrytych dotychczas w przestrzeni kosmicznej „około 180 kwalifikuje się jako cząsteczki złożone organiczne,” wyjaśniał serwisowi Live Science Sergio Ioppolo, astrochemik z Uniwersytetu w Aarhus w Danii.

Nie wszystkie cząsteczki z grupy COM są budulcem życia, ale niektóre z nich są. Podgrupą COM są cząsteczki „prebiotyczne”, które według naukowców mogły odegrać pewną rolę w powstaniu życia.

Co to jest biosygnatura?

Podstawą rozpoznania w kosmosie poszlak życia są biosygnatury. Określa się tak substancje, obiekty lub zjawiska, które powstają wskutek istnienia i działania żywych istot.

Biosygnaturą mogą być także ślady mniej oczywistych substancji. takich jak cyjanek izopropylowy. To organiczna i bardzo złożona substancja, którą uczeni z niemieckiego Instytutu Maxa Plancka odkryli w obłoku Strzelec B2, tym samym, w którym odkryto również duże ilości cukru, a wcześniej inne organiczne związki, w tym alkohol winylowy i mrówczan etylu. Łańcuchy cyjanku izopropylowego są najbardziej złożonymi i największymi cząsteczkami organicznymi znalezionymi do tej pory. Naukowcy zwracają uwagę na ich strukturę, która od razu nasuwa skojarzenia z aminokwasami i łańcuchami DNA.

Czy w atmosferze Wenus wykryto ślady życia?

Nie trzeba jednak szukać dziesiątki tysięcy lat świetlnych stąd. W ostatnich latach mieliśmy wysyp dających do myślenia chemicznych odkryć znacznie bliżej Ziemi. Głośno np. było i to kilka razy o silnych sygnałach występowania fosforowodoru (fosfiny) w gęstych chmurach spowijających planetę Wenus. Ta, uznawana za silną biosygnaturę, substancja, na Ziemi w sposób naturalny powstaje ona wskutek działalności beztlenowych mikroorganizmów.

Naukowcy zastrzegali, że ich wyników nie należy traktować jako odkrycia życia na Wenus, ale i tak ich wyniki wywołały wielką falę kontrowersji i były szeroko kwestionowane.

Jak tłumaczyć serię dowodów znalezionych na Marsie?

Potencjalne ślady mikrobiologicznego, dawnego życia na Marsie znalazł łazik Perseverance. Według publikacji w „Nature” białe plamki znalezione na powierzchni czerwonej skały znanej jako „Cheyava Falls” mogą być pozostałościami po reakcjach redukcji typowych dla mikroorganizmów, znanych też z Ziemi. Wiele czerwonych skał i osadów na Ziemi pokrytych jest jasnymi „plamami redukcyjnymi” będącymi efektami ich aktywności, podobnymi do tych z Marsa.

Odkryć organicznych cząsteczek na Marsie było dużo. Nie sposób wszystkich znalezisk wyliczyć w tym tekście. Powiedzmy więc tylko o największych, jakie kiedykolwiek znaleziono na czerwonej planecie. Curiosity, łazik, który operuje na Marsie od 2012 roku, wykrył w glebie marsjańskiej trzy rodzaje długich łańcuchów związków węglowodorowych - dekan, undekan i dodekan, mających odpowiednio 10, 11 i 12 atomów węgla. Badacze uznają, że mogą to być resztkowe fragmenty kwasów tłuszczowych potrzebnych do tworzenia błon komórkowych i innych funkcji biologicznych.

Dlaczego cyjanek na Tytanie może też sygnalizować życie?

W Układzie Słonecznym znaleziono też chemiczne poszlaki istnienia życia całkiem innego niż to, które znamy na Ziemi. Już w 2017 r. okazało się, że prócz mieszaniny azotu i węglowodorów, takich jak metan i etan, atmosfera Tytana, księżyca Saturna, zawiera również szereg bardziej złożonych cząsteczek organicznych, w tym cyjanek winylu (akrylonitryl). Substancja ta, którą wykryto w znacznych ilościach, znajduje się najprawdopodobniej w stratosferze księżyca. Według naukowców to właśnie ten związek nadaje Tytanowi jego brązowo-pomarańczową barwę.

Akrylonitryl na Ziemi używany jest przede wszystkim do produkcji tworzyw sztucznych. Jednak, jak twierdzą naukowcy, w odpowiednich warunkach, jak te znajdujące się na powierzchni Tytana, związek ten może tworzyć elastyczne, półpłynne struktury przypominające błony komórkowe. To mogłoby być życie, jednak zupełnie nam obce.

Niezależnie od tego, czy są to chemiczne ślady i poszlaki życia podobnego do ziemskiego, czy jakiegoś zupełnie innego, liczba intrygujących znalezisk w kosmosie dalekim i tym bliższym stale rośnie. Zmienia to ukształtowany kilkadziesiąt lat temu stereotypowy obraz zimnej, martwej i nieorganicznej pustki, ale jednocześnie nie są to jak na razie znaleziska przesądzające. O czym przesądzające? A choćby o istnieniu życia poza Ziemią.

FAQ: Cząsteczki organiczne i chemia prebiotyczna w kosmosie

1. Co odkryto w chmurze molekularnej niedaleko centrum Drogi Mlecznej? Naukowcy zidentyfikowali w niej cukier zwany erytrulozą, pierwszy taki związek wykryty w otwartej przestrzeni kosmicznej. Odkrycia dokonano w obłoku gazowym G+0,693-0,027, oddalonym o ok. 27 tys. lat świetlnych od Ziemi, przy użyciu teleskopów IRAM koło Grenoble.
2. Czym jest erytruloza i gdzie występuje na Ziemi? To cukier z grupy ketoz (do tej samej grupy należy fruktoza), jedyna cząsteczka tej grupy mogąca zawierać cztery atomy węgla. Na Ziemi występuje naturalnie w malinach, a także jest składnikiem produktów do samoopalania.
3. Czy to znaczy, że cukier na Ziemię przyleciał z kosmosu? To jedna z hipotez. Naukowcy szacują, że podczas tzw. późnego intensywnego bombardowania (4,1–3,8 mld lat temu) na formującą się Ziemię mogły spaść miliony ton takiej "słodkiej pożywki" z podobnego obłoku, co mogłoby wspomóc pierwsze procesy replikacji i metabolizmu.
4. Czym są biosygnatury? To substancje, obiekty lub zjawiska powstające w wyniku istnienia i działania żywych organizmów. Eksperci NASEM podkreślają, że narzędzia do ich wykrywania powinny być na tyle uniwersalne, by rozpoznawać zarówno życie znane nam z Ziemi, jak i formy zupełnie odmienne.
5. Czy odkrycia śladów składników życia w kosmosie te dowodzą istnienia życia poza Ziemią? Nie. To poszlaki chemiczne, a nie - rozstrzygające dowody.

Źródła:

• https://www.nature.com/articles/s41550-026-02905-7
• https://thedebrief.org/another-robust-phosphine-signal-from-the-clouds-of-venus-significantly-bolsters-case-for-alien-life/
• https://www.nasa.gov/news-release/nasa-says-mars-rover-discovered-potential-biosignature-last-year/
• https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2420580122
• https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230712124609.htm

[Autor, Mirosław Usidus jest popularyzotorem nauki i byłym redaktorem naczelnym Młodego Technika]

[Tytuł, lead, sekcje "Co musisz wiedzieć", FAQ i niektóre śródtytuły od Redakcji]