Sukari ya kwanza iliyopatikana kati ya nyota ni kemia, si uhai

Sukari katika wigo wa mawimbi ya redio

Kuna namna ya kusimulia habari hii ambayo karibu inajiandika yenyewe: wanasayansi wamepata sukari angani, kwa hiyo viambato vya uhai vipo kila mahali. Inavutia, lakini inafikia hitimisho haraka mno.

Tokeo halisi ni safi na linavutia zaidi. Katika makala mpya ya Nature Astronomy, Izaskun Jimenez-Serra, Juan Garcia de la Concepcion, Herma Cuppen na wenzao wanaripoti kugunduliwa kwa erythrulose katika kati ya nyota. Erythrulose ni ketose yenye atomi nne za kaboni: sukari halisi, yenye ukirali, inayohusika kikemia katika njia za kabla ya uhai, na ndogo kiasi cha kutafutwa kupitia wigo wake wa mzunguko wa molekuli.

Ishara hiyo inatoka G+0.693−0.027, wingu la molekuli karibu na Kituo cha Galaksi, umbali wa takribani kiloparseki 8.2. Timu ilitumia uchunguzi mpana na nyeti sana wa mawimbi ya redio kutoka darubini za Yebes 40 m na IRAM 30 m, ulioshughulikia zaidi ya GHz 91 katika madirisha ya angahewa ya mm 7, mm 3 na mm 2. Walilinganisha kundi la mistari ya redio iliyoonekana na data ya maabara ya mzunguko wa erythrulose, wakakadiria utoaji wa mawimbi, kisha wakauliza kama kemia ya barafu kati ya nyota inaweza kutengeneza kiasi cha kutosha cha molekuli hiyo.

Hilo ndilo dai muhimu: molekuli halisi ya sukari inaweza kutengenezwa na kuendelea kuwepo katika mazingira baridi kati ya nyota kwa kiasi kinachoweza kugunduliwa kutoka Dunia. Dai si kwamba wanaastronomia wamepata uhai, au RNA, au kijiko cha sukari kinachoelea kati ya nyota.

Waandishi walifanya nini

• Walitumia wigo mpana wa mawimbi ya redio kutoka wingu la molekuli G+0.693−0.027 lililo katika Kituo cha Galaksi, uliorekodiwa na darubini za Yebes 40 m na IRAM 30 m.
• Walitafuta erythrulose kwa kutumia data ya hivi karibuni ya maabara kuhusu wigo wa mzunguko wa molekuli; bila data hiyo, mistari ya kiastronomia isingeweza kutambuliwa kwa uhakika.
• Waliunda mfano wa wigo kwa kutumia MADCUBA-SLIM chini ya hali ya usawaziko wa termodinamiki wa eneo, huku wakizingatia zaidi ya spishi 180 za molekuli ambazo tayari zimetambuliwa katika wingu hilohilo lenye mistari mingi.
• Walielekeza ukadiriaji kwenye ishara za erythrulose zilizo angavu zaidi na zilizochanganyika kidogo zaidi na mistari mingine.
• Walilinganisha erythrulose na molekuli zinazohusiana nayo: glycolaldehyde, ethylene glycol, glyceraldehyde, dihydroxyacetone na glycerol.
• Walitengeneza miundo ya kemia ya kwanta na Monte Carlo ya kinetiki kuonyesha namna erythrulose ingeweza kutengenezwa kwenye chembe za vumbi zenye barafu kati ya nyota.

Waligundua nini

• Ugunduzi unaotumia mistari mingi. Makala inatambua makundi 12 ya mistari ya erythrulose, yanayowakilisha mipito 17 ya pekee. Makundi sita kati ya hayo, yanayolingana na mipito tisa ya pekee, yameainishwa kuwa kwa kiasi kikubwa hayajachanganyika na mistari mingine, huku uchafuzi uliobaki ukiwa 25% au chini.
• Molekuli baridi na hafifu. Ukadiriaji wa LTE unatoa joto la msisimko la 11.3 ± 1.8 K na msongamano wa nguzo wa (8.7 ± 0.8) × 10¹³ cm⁻², ukitumia kasi ya katikati ya 69 km/s na upana wa mstari wa 22 km/s.
• Kiasi kidogo lakini kinachopimika. Wingi wa erythrulose uliokadiriwa ni (6.4 ± 0.6) × 10⁻¹⁰ ukilinganishwa na H₂.
• Sukari fupi hazijaonekana. Sukari zinazofanana zenye kaboni tatu, glyceraldehyde na dihydroxyacetone, hazikugunduliwa; viwango vyao vya juu vinaishia ≤4 × 10⁻¹¹ na ≤7 × 10⁻¹¹. Kwa hiyo, erythrulose inaonekana kuwa nyingi angalau mara 8–17 kuliko sukari hizo za C3 katika chanzo hiki.
• Hoja ya kulingana kwa bahati imeelezwa wazi. Kwa ishara sita ambazo hazijachanganyika sana, waandishi wanakadiria uwezekano wa mistari kulingana kwa nasibu kuwa 0.2%. Hata kama mistari mitatu au minne pekee isiyochanganyika ingetumiwa, wanaripoti viwango vya kujiamini vya 95.2% na 98.3%.
• Kemia ina njia inayowezekana. Mfano unatengeneza erythrulose kwenye barafu ya maji isiyo na muundo wa fuwele kutoka spishi mbili ndogo za C2 ambazo tayari ni nyingi katika wingu: glycolaldehyde na ethylene glycol. Miigo inayokaribia zaidi inalingana na methanol, glycolaldehyde, ethylene glycol na erythrulose ndani ya tofauti isiyozidi mara tano, ingawa inatengeneza sukari za C3 ambazo hazikugunduliwa kwa wingi uliozidi kwa takribani mara 25–70.

Kwa nini hii si “sukari angani” tu

Vichwa vya habari vya awali vya unajimu wakati mwingine vimeita glycolaldehyde “sukari rahisi zaidi.” Inahusiana kikemia na sukari na ni muhimu kwa kemia ya kabla ya uhai, lakini makala inaweka tofauti kwa uangalifu: glycolaldehyde ni hydroxyaldehyde, si sakaridi halisi. Erythrulose ni tofauti. Ni monosakaridi, ketose, na waandishi wanaieleza kuwa sukari ya kwanza kuripotiwa katika kati ya nyota.

Hilo ni muhimu kwa sababu kemia ya asili ya uhai mara nyingi hulazimika kudhania kuwa sukari tayari ipo kama malighafi. Ribose na glucose zimepatikana katika vimondo na sampuli za asteroidi Bennu, jambo linaloonyesha kwamba sehemu ya hifadhi ya sukari huenda ilitoka nje ya Dunia. Lakini kuona molekuli inayohusiana na sukari katika vimondo si sawa na kugundua sukari katika gesi na vumbi kati ya nyota. Makala hii inarudi hatua moja nyuma zaidi katika mlolongo: kabla ya miili midogo ya angani, kabla ya vimondo, kabla ya sayari.

Tokeo hilo pia si la kawaida kikemia kwa namna yenye manufaa. Kwa kawaida, familia za kemikali kati ya nyota zinapoongeza atomi za kaboni, molekuli kubwa zaidi hupungua sana kwa wingi. Hapa, sukari yenye kaboni nne imegunduliwa ilhali sukari zinazofanana zenye kaboni tatu hazijagunduliwa. Waandishi wanapendekeza kwamba njia za uharibifu na uundaji kwenye chembe za barafu zinaweza kuifanya erythrulose ipendelewe kiasi katika mazingira haya.

Hili halithibitishi nini

• Halionyeshi uhai angani. Molekuli ya sukari ni kemia ya kabla ya uhai, si biolojia.
• Halionyeshi ribose, RNA au DNA. Erythrulose inaweza kujibadilisha kuwa aldose zinazohusiana nayo chini ya hali ya maji, na inaweza kushiriki katika njia za kemia ya kabla ya uhai, lakini si sukari inayounda uti wa mgongo wa RNA.
• Halionyeshi mwelekeo mmoja wa molekuli unaohusishwa na viumbe. Erythrulose ina ukirali, lakini ugunduzi huu wa redio unatambua molekuli; haupimi ziada ya enantioma wala kuonyesha kwamba “mkono” mmoja wa molekuli ndio unaotawala.
• Halithibitishi kwamba molekuli hii ilifika kwenye Dunia ya awali. Makala inajadili uwezekano wa kuletwa na miili midogo ya angani, lakini hilo ni hitimisho linalopanua ushahidi wa wingi wa molekuli, kemia ya vimondo na historia ya Mfumo wa Jua.
• Halimaanishi kwamba tatizo la “asili ya uhai” limetatuliwa. Kutoa aina moja ya molekuli si sawa na kuunda metaboli, urudufu au seli.
• Haliondoi kutokuwa na uhakika katika tatizo la ugunduzi. Ushahidi ni thabiti, lakini chanzo kina mistari mingi, na makala inatumia juhudi kubwa kuchanganua kuchanganyika kwa mistari kwa sababu hapo ndipo utambuzi wa uongo unaweza kutokea.
• Halifanyi kadirio la kiasi kilichofikishwa kuwa kipimo halisi. Makala inakadiria kwamba takribani (0.5–50) × 10⁹ kg za erythrulose zingeweza kufikishwa kwenye Dunia ya awali wakati wa Late Heavy Bombardment, lakini idadi hiyo inategemea dhana kadhaa, na waandishi wanakumbusha kwamba hali hiyo ya mashambulizi ya miili mingi yenyewe imetiliwa shaka.

Ushahidi una nguvu kiasi gani?

Ugunduzi huu si mstari mmoja wa wigo ulioongezewa hadithi. Unategemea uchunguzi wa wigo wa maabara, uchunguzi mpana wa redio, mipito mingi kwenye masafa na kasi sahihi, mfano wa kiasi wa mistari, na uchanganuzi wazi wa kuchanganyika kwa mistari. Ishara sita ambazo kwa kiasi kikubwa hazijachanganyika ndizo msingi wa ushahidi; mistari mingine na ukadiriaji wa jumla vinaongeza ulinganifu. Kwa wingu changamano la molekuli, huo ni mkakati makini wa ugunduzi.

Sehemu dhaifu si utambuzi wenyewe, bali tafsiri pana kuhusu asili ya uhai. Mfano wa kikemia unaonyesha kwamba erythrulose inaweza kutengenezwa kwenye chembe za barafu kutoka molekuli ndogo, na wingi ulioonekana uko ndani ya kiwango kikubwa kinachofaa. Lakini mfano bado unatengeneza kwa wingi kupita kiasi baadhi ya sukari za C3 ambazo hazikugunduliwa, na haufuatilii njia kamili kutoka barafu kati ya nyota hadi mtandao wa athari za kikemia kwenye Dunia ya awali. Daraja kutoka “molekuli hii ipo angani” hadi “molekuli hii ilisaidia uhai kuanza” linawezekana, lakini halijathibitishwa.

Kwa hiyo, hali safi ni: ugunduzi thabiti wa kikemia katika anga; kemia ya uundaji inayowezekana; umuhimu wa kibiolojia unaobaki kuwa wa kukisia.

Kwa nini ni muhimu

Kemia ya kabla ya uhai ina tatizo la upatikanaji wa malighafi. Baadhi ya molekuli zinazotumiwa katika maelezo ya asili ya uhai si rahisi kutengeneza kwa kiasi kinachofaa chini ya hali rahisi za Dunia ya awali. Njia moja ya kupunguza tatizo hilo ni kuletwa kutoka nje: kometi, asteroidi na vimondo huleta molekuli zilizotengenezwa mapema zaidi, katika mazingira baridi na ya kigeni zaidi.

Makala hii inatoa chanzo cha awali kilicho wazi zaidi kwa wazo hilo. Inasema kwamba angalau sukari moja halisi inaweza kutengenezwa katika kati ya nyota yenyewe, kabla dutu hiyo haijafungwa katika miili midogo ya angani. Hilo halifanyi uhai uwe jambo lisiloepukika. Lakini linaonyesha kwamba malighafi za mwanzo za kikemia si za Dunia pekee: baadhi ya kemia muhimu inaweza kuanza kabla sayari hazijakuwepo.

Toleo bora la habari si kwamba “viambato vya uhai vipo kila mahali.” Ni finyu zaidi: wingu baridi la molekuli karibu na Kituo cha Galaksi lina sukari yenye ukirali inayoweza kugunduliwa, na kemia inayoitengeneza huenda ikatokea kwenye chembe za vumbi zenye barafu. Hilo pekee linatosha.

Muhtasari safi

Wanaastronomia wanaripoti ugunduzi wa kwanza wa molekuli halisi ya sukari katika kati ya nyota: erythrulose, ketose yenye ukirali na kaboni nne, katika wingu G+0.693−0.027 lililo karibu na Kituo cha Galaksi. Ushahidi unatoka katika mipito mingi ya redio iliyoonekana kwa darubini za Yebes 40 m na IRAM 30 m, ikakadiriwa kwa kulinganishwa na data ya wigo wa maabara na kuungwa mkono na mfano wa uundaji kwenye chembe za vumbi zenye barafu. Tokeo ni muhimu kwa sababu linaonyesha kwamba aina moja ya kemia ya sukari ya kabla ya uhai inaweza kutokea kabla ya sayari na vimondo kuundwa. Si uhai, si ribose, si RNA, wala si ushahidi kwamba molekuli kama hizi zilianzisha biolojia Duniani. Ni ugunduzi thabiti wa kikemia katika anga wenye maana makini na yenye mipaka: anga inaweza kutengeneza sehemu kubwa zaidi ya malighafi za kabla ya uhai kuliko tulivyokuwa tukijua.