来自星际的第一种糖
星际之间的第一种糖 Izaskun Jiménez-Serra 博士在耶韦斯天文台 40 米射电望远镜前。图片提供：西班牙瓜达拉哈拉耶韦斯天文台 Izaskun Jiménez-Serra 讲述在银河系中心附近发现一种脆弱分子的过程，以及它可能如何抵达早期地球 编者按 当恒星尚未诞生，太阳还未点燃，行星也未从尘埃与冰中形成时，银河系深处的分子云中，化学反应已经悄然展开。在冰冷而幽暗的星际空间里，原子彼此结合，逐渐形成更复杂的分子，其中一些后来成为小行星与彗星的组成部分。 几十年来，科学家一直认为，这些分子的形成遵循一种可以预测的顺序。随着复杂程度逐渐增加，碳原子一个接一个地加入分子结构。这一图景简洁而优雅，也得到了理论和观测的共同支持。然而，自然往往比我们的模型更富创造力。 今年早些时候，马德里天体生物学中心的 Izaskun Jiménez-Serra 博士及其同事报告了首次在星际空间中直接探测到糖分子。他们发现的并不是原本预期的较简单三碳糖，也就是甘油醛和二羟基丙酮，而是赤藓酮糖（erythrulose）。这种四碳糖出现在银河系中心附近的一片分子云中，其丰度之高出乎研究团队的预料。 这项发现的意义已经超出了天体化学本身。如果糖能够在恒星与行星形成之前出现，那么一些与生命密切相关的分子，或许早在地球诞生之前，已经存在于宇宙之中。 我与 Jiménez-Serra 博士谈到了这项意外发现、发现之前的怀疑，以及一个脆弱的分子如何改变我们对星际化学的理解。 — Adelina 耶韦斯天文台的 40 米射电望远镜，研究团队利用这台仪器在分子云 G+0.693−0.027 中探测到赤藓酮糖。图片提供：西班牙瓜达拉哈拉耶韦斯天文台 现代天体化学长期以来一直将分子的形成理解为一个逐步推进的过程。简单化合物首先形成，随后通过逐个增加碳原子，产生稍大的分子。经过数百万年，分子结构逐渐变得复杂。 这样的图景井然有序，而且在许多情况下相当成功。 然而，一个小小的分子开始挑战这一传统认识。 在银河系中心附近的分子云 G+0.693−0.027 中，Izaskun Jiménez-Serra 博士的团队探测到了赤藓酮糖，首次直接证实糖分子存在于星际空间。出乎意料的是，这种四碳糖的丰度至少是此前寻找的较简单三碳糖的八倍。按照传统模型，结构较简单的三碳糖理应更早形成，却至今没有在星际介质中被探测到。 研究结果也揭示了另一种分子形成方式。赤藓酮糖并非只能依靠碳原子逐个增加而形成，两种较小的二碳分子，甘醇醛（glycolaldehyde）和乙二醇（ethylene glycol），可以直接结合生成赤藓酮糖。在星际环境中，这种反应路径的效率可能远高于此前的预期。 这项发现不仅丰富了天文学已知的有机分子种类，也为理解生命出现之前的化学演化提供了新的线索。赤藓酮糖进入水环境后可以转化为苏糖（threose），而苏糖被一些研究者视为早期核酸的潜在前体。如果类似分子在太阳系形成之前已经存在，它们可能后来被带入彗星和小行星，最终抵达早期地球，参与生命起源之前的一系列化学过程。 为了理解一个出乎意料的分子如何挑战延续数十年的传统认识，我与 Jiménez-Serra 博士讨论了发现过程、支持这一结论的证据，以及一种简单的糖在生命出现之前可能经历的漫长旅程。 赤藓酮糖，一种四碳糖，也是迄今首次在星际空间中探测到的糖。图片提供：Juan García de la Concepción，埃斯特雷马杜拉大学 对话 Our Narratives 你曾提到，当同事建议你们在数据中寻找赤藓酮糖时，你最初并不认为会有所发现。是什么让你产生了怀疑？后来又是什么让你确信，你们看到的确实是赤藓酮糖的信号？ Izaskun Jiménez-Serra：在此前围绕这一方向开展的研究中，我一直在寻找三碳糖，但始终没有探测到。所以，当这项研究的共同作者之一 Emilio Cocinero 建议我们转而寻找赤藓酮糖时，我其实很怀疑。如果连结构更简单的三碳糖都没有找到，那么发现更复杂的四碳糖似乎更不可能。