最近科学界传来喜讯:在距离地球约2.7万光年的银河系深处,发现了一种名叫“赤藓酮糖”的糖……听起来很耳熟?那你八成是把它跟无糖饮料里的“赤藓糖醇”记混了。
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记错了的朋友,喝瓶有糖饮料惩罚自己一下
当然它俩并非毫不相干,虽然人体很少利用赤藓糖醇,但它能被微生物氧化为赤藓酮糖,是工业生产赤藓酮糖的重要原料。
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赤藓酮糖(C4H8O4),图中为碳原子(灰色)、氧原子(红色)和氢原子(白色),化妆品中经常用到。图源:Jiménez-Serra, I. et al. | Nature Astron.
在自然界,赤藓酮糖也不算稀罕物。咱平时吃的树莓等红色浆果,以及苹果、梨、葡萄等水果和蜂蜜里都有它……这么一联系,有没有感觉宇宙都变得“能好怎”了起来?
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赤藓酮糖的甜度远逊于果糖、葡萄糖、蔗糖等,吃树莓的时候就别想着尝出来啦。图源:图虫创意
那我们是如何在几万光年之外找到糖的?这个发现又有啥特别之处呢?
宇宙中的糖,被望远镜“舔到”了?
我们是怎么知道宇宙中有糖的?难不成是派了位宇航员上去舔一舔?
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等等,这不就是传说中的星空糖……
很遗憾,按现在人类的科技水平,咱们还无法让飞船前往银河系中心,更没法取回一勺可以品尝的太空糖。科学家们发现赤藓酮糖,靠的是它独一无二的“光谱指纹”。
分子在微观层面上处于旋转状态。由于结构差异,不同的分子具有不同的转动方式,当分子的旋转状态发生变化时,会吸收或释放特定频率的电磁波——这就像是分子的“身份证”。
过去科学家很难查看糖类的“身份证”,因为糖类普遍容易吸水,受热后又容易分解,难以读取准确的旋转光谱。
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糖加热实验。糖类常温下不具备挥发性,无法直接进入气相色谱柱;高温加热则易焦化、分解或炭化。因此分析前,通常要将其转化为可挥发、耐热的衍生物。视频源:ThinkTac | YouTube
2021年,实验室研究人员利用超快激光汽化技术,让少量赤藓酮糖在分解前瞬间进入气相,测出了它的精确旋转光谱。获得“身份证”后,天文学家开始在射电望远镜的数据中寻找对应信号。
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实验包含获取赤藓酮糖光谱,及在星际介质(ISM)中进行搜索。图源:Aran Insausti et al. | The Journal of Physical Chemistry Letters
研究团队使用西班牙耶韦斯天文台的40米射电望远镜,以及IRAM的30米射电望远镜,将镜头对准了G+0.693分子云区,这是位于银河系中心附近的一个巨大分子云,并对这片区域进行了高灵敏度、宽频段的光谱巡查。
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西班牙耶韦斯天文台有两台世界级射电望远镜。图源:CMM
在观测数据中,科学家识别出了12组符合赤藓酮糖预测的谱线,共涉及17条分子跃迁。其中6组谱线相对清晰,它们的频率、强度、速度和线宽均与赤藓酮糖模型相符。
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在G+0.693云中识别的12组赤藓酮糖谱线 图源:Izaskun Jiménez-Serra et. al | nature astronomy
按照论文采用的统计模型,这6组谱线全部由其他信号偶然对齐的概率约为0.2%,为赤藓酮糖的鉴定提供了有力支持。如此便能确信,科学家们真的用射电望远镜在宇宙中找到了糖。
树莓中的糖,来自“宇宙外卖”?
糖,是构成生命体不可或缺的核心物质。它们是生命活动的首要能量来源,作为结构骨架参与细胞构成。核糖和脱氧核糖,构成了遗传物质的骨架,是生物可以生生不息繁殖的关键。
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有没有想起被化学课生物课支配的恐惧?图源:creative-biolabs
但在探讨生命起源时,科学家面临着一个难题:在模拟早期地球环境的实验中,糖类往往难以高效、稳定地形成——那生命所需的那“第一口糖”是从哪来的?
有人猜想,早期地球上的部分糖及其原料,并不完全是在地球上产生的,而是由小行星、彗星和陨石从太空“外送”来的。
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地球:这配送费真是天价啊
赤藓酮糖当然不是在宇宙中被发现的唯一一种糖。
2000年,科学家曾在银河系中心附近首次发现乙醇醛,其常被称为“结构最简单的糖”,能与星际中的丙烯醛共同形成核糖,为RNA的存在提供基础。研究者认为,分子云中的赤藓酮糖,或许就是它与乙二醇生成的。
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乙醇醛的分子结构(C2H4O2),碳原子显示为灰色,氧原子为红色,氢原子为白色。图源:public
2019年,研究人员在默奇森陨石和NWA 801陨石中,检测到具有地外碳同位素特征的核糖等糖类。
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默奇森陨石部分样品,其于1969年坠落地球,是目前被研究最多的陨石之一,其中还检测出多种氨基酸及核碱基。图源:Wikipedia
2025年,科学家又在“奥西里斯-REx”任务带回的小行星贝努样品中确认发现核糖、葡萄糖等多种糖。
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在太空中拍摄的小行星贝努照片 图源:NASA
但这次赤藓酮糖的发现证明了:生命的化学前体其实不必等到小行星形成才出现。其在恒星和行星诞生前的星际分子云中,可能就早已经存在了。
由此,科学家设想出一条可能的物质传递链:
星际尘埃表面的冰层首先合成糖及其前体。这些物质进入孕育太阳系的原始分子云,随后被包裹进小行星、彗星和陨石,一部分分子在小天体内部继续发生反应。最后,小天体撞击早期地球,把这些有机物送到地表和海洋中。
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经典假说中,地球在约45.5亿年前形成,此后天体撞击事件导致月球形成。图源:Lucy Reading-Ikkanda | Quanta Magazine
如果真的是这样,那么地球上可能曾经下过一场“糖雨”。
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5000万吨糖,“甜蜜”地砸向地球?
一个经典假说认为,约41亿至39亿年前,地球刚刚形成不久时,出现过大量小行星和彗星猛烈撞击内太阳系类地行星的灾难性事件。天文界称之为“后期重轰炸期”。
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“后期重轰炸期”的重要依据之一,是阿波罗登月任务带回的月球岩石样本,但现在这一假说已受到诸多新证据挑战。图源:Today In The Space World
赤藓酮糖的发现,为地球生命的起源带来了更多可能性。研究团队做出了一个大胆的估算:在“后期重轰炸期”,可能有大约50万至5000万吨的赤藓酮糖,随着小行星撞击被带到了地球。
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地球:我的外卖一直在打我 图源:NASA
其中的一部分在“星际旅行”中被分解成更小的分子,另外一部分则随天体坠落,进入原始地球的海洋、湖泊等水体环境中,快速发生异构化反应,转化为苏糖。
苏糖能够作为苏糖核酸(TNA)的糖骨架,结构要比RNA或DNA更加简单。科学家们在实验中,证明了TNA也具有一定的储存和传递信息的能力。
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图源:Saikat Bala
按照研究者的猜想,或许在RNA出现之前,早期地球上可能曾存在由TNA或其他简单聚合物参与的“前RNA世界”。而这场毁天灭地的“糖雨”,或许正是生命出现的关键因素。
当然,上述推测目前还缺少足够的证据。G+0.693分子云是否与早期太阳系具有相似丰度,赤藓酮糖形成是否需要特殊条件,“后期重轰炸期”是否真的存在等,现在都还存在争议。
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今年2月,中国科学家基于嫦娥六号月球背面样品的研究,就为月球早期撞击呈单调递减提供了证据,不支持“晚期重轰击”假说。图源:新华社
但至少,人类在星际空间发现了赤藓酮糖,证明了在恒星和行星诞生之前,宇宙可能已经开始准备生命诞生所需的原料,或许人类距离回答“我们从哪来”这个终极哲学问题,又近了一步。
来源:博物
编辑:endlesscliff
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