ვარსკვლავებს შორის აღმოჩენილი პირველი შაქარი ქიმიაა, არა სიცოცხლე

შაქარი რადიოსპექტრში

ამ ამბავს ისეთი ვერსია აქვს, რომელიც თითქმის თავისით იწერება: მეცნიერებმა კოსმოსში შაქარი იპოვეს, მაშასადამე სიცოცხლის ინგრედიენტები ყველგანაა. მიმზიდველი დასკვნაა — და ზედმეტად სწრაფი.

რეალური შედეგი უფრო მკაფიო და უფრო საინტერესოა. ახალ Nature Astronomy-ის ნაშრომში ისასკუნ ხიმენეს-სერა, ხუან გარსია დე ლა კონსეფსიონი, ჰერმა კუპენი და კოლეგები ვარსკვლავთშორის გარემოში ერითრულოზის აღმოჩენას იუწყებიან. ერითრულოზა ოთხნახშირბადიანი კეტოზაა: ნამდვილი შაქარი, ქირალური მოლეკულა, რომელიც პრებიოტურ ქიმიურ გზებთან არის დაკავშირებული და საკმარისად მცირეა იმისთვის, რომ მისი ძებნა ბრუნვითი სპექტრით იყოს შესაძლებელი.

სიგნალი მოდის G+0.693−0.027-დან — მოლეკულური ღრუბლიდან გალაქტიკის ცენტრის მახლობლად, დაახლოებით 8.2 კილოპარსეკის მანძილზე. ჯგუფმა გამოიყენა Yebes-ის 40-მეტრიანი და IRAM-ის 30-მეტრიანი ტელესკოპების ფართოზოლოვანი, ძალიან მგრძნობიარე რადიომიმოხილვები, რომლებიც 7 მმ, 3 მმ და 2 მმ ატმოსფერულ ფანჯრებში ჯამურად 91 GHz-ზე მეტ დიაპაზონს ფარავდა. მათ დაკვირვებულ რადიოხაზებს ერითრულოზის ლაბორატორიულ ბრუნვით მონაცემებს შეადარეს, გამოსხივება მოარგეს მოდელს და შემდეგ შეამოწმეს, შეუძლია თუ არა ვარსკვლავთშორისი ყინულის ქიმიას ამ მოლეკულის საკმარისი რაოდენობით წარმოქმნა.

მთავარი მტკიცება სწორედ ესაა: ნამდვილი შაქრის მოლეკულა შეიძლება ცივ ვარსკვლავთშორის გარემოში წარმოიქმნას და იმდენად კარგად გადარჩეს, რომ დედამიწიდან აღმოვაჩინოთ. მტკიცება არ არის, რომ ასტრონომებმა სიცოცხლე, RNA ან ვარსკვლავებს შორის მცურავი კოვზი შაქარი იპოვეს.

რა გააკეთეს ავტორებმა

• გამოიყენეს გალაქტიკის ცენტრის მოლეკულური ღრუბლის G+0.693−0.027-ის ფართოზოლოვანი რადიოსპექტრები Yebes-ის 40-მეტრიანი და IRAM-ის 30-მეტრიანი ტელესკოპებიდან.
• ერითრულოზა მოძებნეს ახალი ლაბორატორიული ბრუნვითი სპექტროსკოპიის მონაცემებით, რომლის გარეშეც ასტრონომიული ხაზების სანდოდ იდენტიფიცირება შეუძლებელი იქნებოდა.
• სპექტრები MADCUBA-SLIM-ით, ლოკალური თერმოდინამიკური წონასწორობის პირობებში მოდელირებდნენ და ითვალისწინებდნენ იმავე, ხაზებით მდიდარ ღრუბელში უკვე იდენტიფიცირებულ 180-ზე მეტ მოლეკულურ სახეობას.
• მორგება გაამახვილეს ერითრულოზის ყველაზე კაშკაშა და ნაკლებად გადაფარულ ნიშნებზე.
• ერითრულოზა შეადარეს მონათესავე მოლეკულებს: გლიკოლალდეჰიდს, ეთილენგლიკოლს, გლიცერალდეჰიდს, დიჰიდროქსიაცეტონს და გლიცეროლს.
• შექმნეს კვანტურ-ქიმიური და კინეტიკური მონტე-კარლოს მოდელები, რომლებიც აღწერს, როგორ შეიძლება ერითრულოზა ვარსკვლავთშორისი მტვრის ყინულოვან მარცვლებზე წარმოიქმნას.

რა აღმოაჩინეს

• მრავალხაზიანი აღმოჩენა. ნაშრომი ერითრულოზის 12 ხაზის კომპლექტს განსაზღვრავს, რომლებიც 17 ცალკეულ გადასვლას შეესაბამება. მათგან ექვსი კომპლექტი — ცხრა ცალკეული გადასვლა — ძირითადად გადაუფარავად კლასიფიცირდება, დარჩენილი დაბინძურება 25%-ზე ნაკლები ან ტოლია.
• ცივი და სუსტი მოლეკულა. LTE-მორგება იძლევა აგზნების ტემპერატურას $11.3 \pm 1.8$ K და სვეტურ სიმკვრივეს $(8.7 \pm 0.8) \times 10^{13}$ cm⁻²; გამოყენებულია 69 km/s ცენტრალური სიჩქარე და 22 km/s ხაზის სიგანე.
• მცირე, მაგრამ გაზომვადი რაოდენობა. H₂-სთან მიმართებით მიღებული ერითრულოზის ფარდობითი სიმრავლეა $(6.4 \pm 0.6) \times 10^{-10}$.
• უფრო მოკლე შაქრები ვერ აღმოაჩინეს. ანალოგიური სამნახშირბადიანი შაქრები — გლიცერალდეჰიდი და დიჰიდროქსიაცეტონი — არ დაფიქსირდა; მათი ზედა ზღვრებია ≤$4 \times 10^{-11}$ და ≤$7 \times 10^{-11}$. ამ წყაროში ერითრულოზა ამიტომ მინიმუმ 8–17-ჯერ უფრო უხვად ჩანს, ვიდრე ეს C3 შაქრები.
• შემთხვევითი დამთხვევის არგუმენტი პირდაპირაა შეფასებული. ექვსი ყველაზე ნაკლებად გადაფარული ნიშნისთვის ავტორები შემთხვევითი სპექტრული ხაზების დამთხვევის ალბათობას 0.2%-ად აფასებენ. მხოლოდ სამი ან ოთხი გადაუფარავი ხაზის გამოყენების შემთხვევაშიც ისინი 95.2% და 98.3% სანდოობის დონეებს იუწყებიან.
• ქიმიას სარწმუნო გზა აქვს. მოდელი ამორფულ წყლის ყინულზე ერითრულოზას წარმოქმნის ორი უფრო მცირე C2 მოლეკულისგან, რომლებიც ამ ღრუბელში უკვე უხვადაა — გლიკოლალდეჰიდისა და ეთილენგლიკოლისგან. საუკეთესო სიმულაციები მეთანოლის, გლიკოლალდეჰიდის, ეთილენგლიკოლისა და ერითრულოზის რაოდენობებს დაკვირვებასთან ხუთჯერადი დიაპაზონის ფარგლებში ათანხმებს, თუმცა არდაფიქსირებულ C3 შაქრებს დაახლოებით 25–70-ჯერ ზედმეტად წარმოქმნის.

რატომ არ არის ეს უბრალოდ „შაქარი კოსმოსში“

ადრინდელ ასტრონომიულ სათაურებში გლიკოლალდეჰიდს ზოგჯერ „უმარტივეს შაქარს“ უწოდებდნენ. ის შაქრებთან ქიმიურად დაკავშირებულია და პრებიოტური ქიმიისთვის მნიშვნელოვანია, მაგრამ ნაშრომი განსხვავებას ფრთხილად უსვამს ხაზს: გლიკოლალდეჰიდი ჰიდროქსიალდეჰიდია და არა ნამდვილი საქარიდი. ერითრულოზა სხვა შემთხვევაა. ის მონოსაქარიდია, კეტოზაა და ავტორები მას ვარსკვლავთშორის გარემოში აღმოჩენილ პირველ შაქრად აღწერენ.

ეს მნიშვნელოვანია, რადგან სიცოცხლის წარმოშობის ქიმიური სცენარები ხშირად შაქრებს საწყის მასალად იღებს. რიბოზა და გლუკოზა მეტეორიტებში და ასტეროიდ Bennu-ს ნიმუშებშია ნაპოვნი, რაც მიუთითებს, რომ შაქრების გარკვეულ მარაგს შესაძლოა არამიწიერი წარმოშობა ჰქონდეს. თუმცა მეტეორიტში შაქართან დაკავშირებული მოლეკულის პოვნა იგივე არ არის, რაც ვარსკვლავებს შორის არსებულ გაზსა და მტვერში შაქრის აღმოჩენა. ეს ნაშრომი ჯაჭვში ერთი ნაბიჯით უფრო ადრე მიდის: მშობელი მცირე სხეულების წარმოქმნამდე, მეტეორიტებამდე და პლანეტებამდე.

შედეგს სასარგებლო ქიმიური უცნაურობაც აქვს. ჩვეულებრივ, როცა ვარსკვლავთშორის ქიმიურ ოჯახებში ნახშირბადების რაოდენობა იზრდება, უფრო დიდი წევრები ბევრად ნაკლებად გვხვდება. აქ კი ოთხნახშირბადიანი შაქარი აღმოჩნდა, ხოლო ანალოგიური სამნახშირბადიანი შაქრები — არა. ავტორები ვარაუდობენ, რომ ყინულოვან მარცვლებზე წარმოქმნისა და დაშლის გზებმა ამ გარემოში ერითრულოზა შედარებით ხელსაყრელი შეიძლება გახადოს.

რას არ ამტკიცებს ეს შედეგი

• ის კოსმოსში სიცოცხლეს არ აჩვენებს. შაქრის მოლეკულა პრებიოტური ქიმიაა და არა ბიოლოგია.
• ის რიბოზას, RNA-ს ან DNA-ს არ აჩვენებს. წყლიან პირობებში ერითრულოზას შეუძლია მონათესავე ალდოზებად იზომერიზაცია და პრებიოტურ გზებში მონაწილეობა, მაგრამ ის RNA-ს შაქროვანი ხერხემალი არ არის.
• ის ბიოლოგიურ ქირალურ უპირატესობას არ აჩვენებს. ერითრულოზა ქირალურია, მაგრამ ეს რადიოდეტექცია მოლეკულას განსაზღვრავს; ის ენანტიომერულ სიჭარბეს არ ზომავს და არ გვიჩვენებს, რომ მოლეკულის ერთი „ხელი“ ჭარბობს.
• ის არ ამტკიცებს, რომ ეს მოლეკულა ადრეულ დედამიწამდე ნამდვილად მივიდა. ნაშრომი მცირე სხეულებით შესაძლო მიწოდებას განიხილავს, მაგრამ ეს სიმრავლიდან, მეტეორიტულ ქიმიასა და მზის სისტემის ისტორიიდან გაკეთებული ექსტრაპოლაციაა.
• ის სიცოცხლის წარმოშობის პრობლემას არ წყვეტს. ერთი კლასის მოლეკულების მიწოდება მეტაბოლიზმის, რეპლიკაციის ან უჯრედების აწყობას არ უდრის.
• აღმოჩენის გაურკვევლობა მთლიანად არ ქრება. მტკიცებულება ძლიერია, მაგრამ წყარო სპექტრული ხაზებით გადატვირთულია, ამიტომ ნაშრომი ხაზების გადაფარვას განსაკუთრებულ ყურადღებას უთმობს — მცდარი იდენტიფიკაცია სწორედ აქ შეიძლება მოხდეს.
• მიწოდების შეფასება გაზომვა არ არის. ნაშრომი აფასებს, რომ გვიანი მძიმე ბომბარდირების დროს ადრეულ დედამიწაზე დაახლოებით (0.5–50) × $10^{9}$ kg ერითრულოზა შეიძლებოდა მოხვედრილიყო, მაგრამ ეს რიცხვი რამდენიმე დაშვებაზეა დამოკიდებული და ავტორებიც აღნიშნავენ, რომ თავად ასეთი ბომბარდირების სცენარი სადავოა.

რამდენად ძლიერია მტკიცებულება?

აღმოჩენა არ ეყრდნობა ერთ სპექტრულ ხაზს და მასზე მიმაგრებულ ისტორიას. საფუძველია ლაბორატორიული სპექტროსკოპია, ფართო რადიომიმოხილვა, სწორ სიხშირეებსა და სიჩქარეებზე მრავალი გადასვლა, რაოდენობრივი ხაზის მოდელი და გადაფარვის პირდაპირი ანალიზი. ექვსი ძირითადად გადაუფარავი ნიშანი არგუმენტის ბირთვია; დანარჩენი ხაზები და საერთო მორგება დამატებით თანმიმდევრულობას იძლევა. რთული მოლეკულური ღრუბლისთვის ეს სერიოზული აღმოჩენის სტრატეგიაა.

უფრო სუსტი ნაწილი თვითონ იდენტიფიკაცია კი არა, სიცოცხლის წარმოშობასთან დაკავშირებული ფართო ინტერპრეტაციაა. ქიმიური მოდელი აჩვენებს, რომ ერითრულოზა მცირე მოლეკულებისგან ყინულოვან მარცვლებზე სარწმუნოდ შეიძლება წარმოიქმნას და დაკვირვებული სიმრავლეც ფართოდ შესაბამის დიაპაზონშია. მაგრამ მოდელი ზოგ არდაფიქსირებულ C3 შაქარს მაინც ზედმეტად წარმოქმნის და ვარსკვლავთშორისი ყინულიდან ადრეული დედამიწის რეაქციულ ქსელამდე სრულ გზას არ აღწერს. ხიდი „ეს მოლეკულა კოსმოსში არსებობს“-დან „ეს სიცოცხლის დაწყებას დაეხმარა“-მდე სარწმუნოა, მაგრამ დამტკიცებული არაა.

ამიტომ სუფთა სტატუსი ასეთია: ძლიერი ასტროქიმიური აღმოჩენა; წარმოქმნის სარწმუნო ქიმია; ბიოლოგიური მნიშვნელობა — სპეკულაციური.

რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი

პრებიოტურ ქიმიას „მომარაგების“ პრობლემა აქვს. ზოგი მოლეკულა, რომელსაც სიცოცხლის წარმოშობის სცენარები იყენებს, მარტივი ადრეული დედამიწის პირობებში სასარგებლო რაოდენობით ადვილად არ წარმოიქმნება. ერთ-ერთი გზა ამ პრობლემის შესამსუბუქებლად გარედან მიწოდებაა: კომეტებს, ასტეროიდებსა და მეტეორიტებს მოაქვთ მოლეკულები, რომლებიც ადრე, უფრო ცივ და უჩვეულო გარემოებში წარმოიქმნა.

ეს ნაშრომი ამ იდეას უფრო ადრეულ წყაროს აძლევს. ის ამბობს, რომ მინიმუმ ერთი ნამდვილი შაქარი თვით ვარსკვლავთშორის გარემოში შეიძლება წარმოიქმნას, სანამ მასალა მცირე სხეულებში ჩაიკეტება. ეს სიცოცხლეს გარდაუვალს არ ხდის. მაგრამ ქიმიური საწყისი მარაგი უფრო ნაკლებად „ადგილობრივი“ ხდება: შესაბამისი ქიმიის ნაწილი შესაძლოა პლანეტების არსებობამდეც იწყებოდეს.

ამ ამბის საუკეთესო ვერსია არ არის „სიცოცხლის ინგრედიენტები ყველგანაა“. უფრო ზუსტია: გალაქტიკის ცენტრის მახლობლად ცივი მოლეკულური ღრუბელი შეიცავს აღმოსაჩენ ქირალურ შაქარს და მის წარმოქმნაში ყინულოვანი მტვრის მარცვლების ქიმია შეიძლება მონაწილეობდეს. ეს თავისთავად საკმარისად საინტერესოა.

სუფთა შეჯამება

ასტრონომები ვარსკვლავთშორის გარემოში ნამდვილი შაქრის მოლეკულის პირველ აღმოჩენას იუწყებიან: ერითრულოზას — ქირალურ ოთხნახშირბადიან კეტოზას — გალაქტიკის ცენტრის ღრუბელ G+0.693−0.027-ში. მტკიცებულება მოდის Yebes-ის 40-მეტრიანი და IRAM-ის 30-მეტრიანი ტელესკოპებით ნანახი მრავალი რადიოგადასვლიდან, რომლებიც ლაბორატორიულ სპექტრულ მონაცემებს მოარგეს და ყინულოვან მტვრის მარცვლებზე წარმოქმნის მოდელითაც გაამყარეს. შედეგი მნიშვნელოვანია, რადგან აჩვენებს, რომ პრებიოტური შაქრის ქიმიის ერთი ფორმა პლანეტებისა და მეტეორიტების წარმოქმნამდე შეიძლება მიმდინარეობდეს. ეს არ არის სიცოცხლე, რიბოზა, RNA ან მტკიცებულება, რომ ასეთმა მოლეკულებმა დედამიწაზე ბიოლოგია „დათესა“. ეს არის ძლიერი ასტროქიმიური აღმოჩენა ფრთხილი, შეზღუდული დასკვნით: კოსმოსს შეუძლია პრებიოტური საწყისი მარაგის უფრო დიდი ნაწილი შექმნას, ვიდრე აქამდე ვიცოდით.