Biomolekulių užuomazgos

“Organinių junginių atradimas jauną žvaigždę supančiame materijos diske kelia klausimų. Iš kur atsirado aminorūgštys?

Aldehidai, karboksirūgštys, alkoholiai ar cukrūs – kosmose gausu cheminių junginių. Per pastaruosius dešimtmečius astronomai Paukščių Take atrado apie du šimtus molekulių. Dauguma jų yra organinės medžiagos, t. y. junginiai, daugiausia sudaryti iš anglies ir vandenilio. Daugelis jų laikomi svarbių biologinių junginių pirmtakais. Sudėtingų angliavandenilių, turinčių bent vieną anglies atomą, lobynai yra šalti molekuliniai debesys žvaigždžių formavimosi regionuose, taip pat jaunos žvaigždės, kurių artimoje aplinkoje auga planetos.

 

Protožvaigždės V883 Orionis planetiniame diske Oriono žvaigždyne Maxo Plancko astronomijos instituto Heidelberge mokslininkai neseniai atrado daugybę organinių molekulių, įskaitant du junginius, iš kurių gali susidaryti cukrūs, aminorūgštys ir nukleino bazės – statybiniai blokai, iš kurių sausumos organizmai gamina baltymus ir nukleino rūgštis, tokias kaip RNR ir DNR. Abubakaro Fadulo vadovaujami tyrėjai šį atradimą interpretuoja kaip įrodymą, kad daugybė prebiotinių molekulių jau galėjo susiformuoti kosmose, ne tik kometose ar asteroiduose.

 

Daugybė biomolekulių iš tiesų jau buvo aptikta asteroiduose, meteorituose ir kometose. Pavyzdžiui, JAV kosminis zondas „Stardust“ 2006 m., skrisdamas pro kometos „Wild 2“ uodegą, aptiko paprastą aminorūgštį gliciną (C2H5NO2). Europos kosminis zondas „Rosetta“ prieš devynerius metus taip pat aptiko glicino 67P/Čuriumovo-Gerasimenkos uodegoje kartu su dviem pirmtakais – metilaminu (CH5N) ir etilaminu (C2H7N). Iki šiol trūksta įtikinamų įrodymų apie aminorūgščių ir kitų prebiotinių junginių buvimą tarpžvaigždinėje erdvėje.

 

Viena iš galimų priežasčių galėtų būti ekstremalios sąlygos molekuliniuose debesyse, kuriuose formuojasi jaunos žvaigždės. Manoma, kad anksčiau susiformavusios molekulės sunaikinamos, kol jos gali toliau vystytis. Šie organiniai junginiai vėliau susidarytų protožvaigždžių planetas formuojančiuose diskuose. Taip jie galiausiai pasiekė asteroidus ir kometas. Tačiau dauguma molekulinių debesų ir planetas formuojančių diskų aplink žinomas protoplanetas yra per šalti, kad būtų lengva aptikti organines molekules. Cheminės reakcijos, dėl kurių susidaro sudėtingi organiniai junginiai, dažniausiai vyksta ant apledėjusių dulkių dalelių paviršiaus. Ten vyrauja itin žema temperatūra, kurioje vibracinės ir sukimosi būsenos, pagal kurias galima identifikuoti molekules, yra užšalusios. Kuo didesni angliavandeniliai, tuo sunkiau juos aptikti.

 

Išimtis yra jauna aktyvi žvaigždė V883 Orionis, esanti už 1300 šviesmečių. Jos planetiškasis diskas tęsiasi toli į kosmosą. Stiprūs radiacijos protrūkiai taip įkaitino medžiagą aplink protožvaigždę, kad ji dideliuose plotuose yra dujinė ir gali būti lengvai aptinkama bei tiriama radijo spektre. Net vanduo, kuris paprastai randamas tarpžvaigždinėje erdvėje, sušalęs skrieja aplink žvaigždę šaltuose išoriniuose disko regionuose, tačiau šalia žvaigždės egzistuoja garų pavidalu. Tai prieš dvejus metus pademonstravo astronomų grupės stebėjimai. Šis atradimas laikomas įrodymu, kad vanduo dujinėje formoje taip pat egzistuoja tarpžvaigždinėje erdvėje.

 

Iš tiesų, Heidelbergo astronomų komanda, kurioje taip pat dalyvauja tyrėjai iš įvairių Amerikos universitetų, panaudojo Europos pietų observatorijos ALMA teleskopų masyvą, jautrų trumpųjų bangų radijo diapazonui, kad aptiktų septyniolikos organinių molekulių spektrinius parašus V883 Orionis protoplanetiniame diske. Tai metanolis, acetonas, dimetilo esteris ir įvairios vandenilio cianido druskos, taip pat dihidrinis alkoholis etilenglikolis (C2H6O2) ir glikolnitrilas (C2H3NO). Šie du junginiai yra galimi paprastų aminorūgščių, tokių kaip glicinas ir alaninas, taip pat nukleino bazės adenino, RNR ir DNR statybinio bloko, pirmtakai. Nustatyta dviejų medžiagų koncentracija yra didesnė nei žinomuose žvaigždžių formavimosi regionuose ir kituose protoplanetiniuose diskuose ir tik šiek tiek mažesnė nei Hale-Bopp ir 67P kometų uodegose, kaip pranešama „Astrophysical Journal Letters“.

 

Tačiau Maxo Plancko tyrėjai, vadovaujami Abubakaro Fadulo, netiki, kad aptiktos organinės molekulės pirmiausia susiformavo V883 Orionis protoplanetiniame diske. Jos atsirado ankstesniuose etapuose, kai protožvaigždė formavosi molekulių ir dulkių debesyje. Cheminė junginių evoliucija tęsiasi planetiniuose diskuose. Iš tiesų, laikas tarp energingos protožvaigždės fazės ir stabilaus protoplanetinio disko susidarymo yra per trumpas, kad sudėtingesnės molekulės galėtų susidaryti aptinkamais kiekiais.

 

„Mūsų rezultatai rodo, kad tarp tarpžvaigždinių molekulinių debesų ir visiškai susiformavusių planetinių sistemų yra tiesioginė evoliucinė grandinė, o cheminė įvairovė ir sudėtingumas nuolat didėja“, – sako tyrimo vadovas Abubakaras Fadulas.

 

Daugiau įrodymų šiai hipotezei gauti iš laboratorinių tyrimų: „Etilenglikolis gali susidaryti iš etanolamino apšvitinant UV spinduliais“, – sako Tusharas Suhasaria, tyrimo bendraautoris ir Jenos universiteto MPI Gyvybės kilmės tyrimų laboratorijos vadovas. Etanolaminas pirmą kartą buvo atrastas molekuliniame debesyje Paukščių Tako centre prieš kelerius metus. „Šis atradimas rodo, kad etilenglikolis susidaro ne tik ankstyvuosiuose žvaigždžių formavimosi regionuose, bet ir vėlesniuose vystymosi etapuose, kai UV spinduliuotė vaidina dominuojantį vaidmenį.“

 

Tačiau MPI tyrėjai dar negalėjo iššifruoti ir klasifikuoti visų spektrinių linijų, kurias rado savo spektruose. Fadul ir jo kolegos pripažįsta, kad šis atradimas vis dar yra šiek tiek neaiškus. Tačiau išsamūs stebėjimo duomenys platesniame elektromagnetinio spektro diapazone patvirtintų etilenglikolio ir glikolnitrilo aptikimą. Tuomet gali būti įmanoma identifikuoti dar sudėtingesnius junginius, sako Fadul.

 

Olandų astrochemikė Ewine van Dishoeck iš Leideno universiteto observatorijos, kuri nedalyvavo matavimuose, yra įsitikinusi aukšta ALMA duomenų kokybe ir jų analize. Ji taip pat mano, kad teorija, jog sudėtingos molekulės susidarė molekuliniuose debesyse labai ankstyvoje žvaigždžių formavimosi stadijoje ir yra išsaugotos planetiniame diske, yra tikėtina. „Šis sudėtingos chemijos „paveldėjimas“ iš molekulinių debesų į planetų formavimosi diskus ir kometas jau buvo įtariamas kituose tyrimuose. Dabar tai padaryti remiantis sudėtingesnėmis molekulėmis yra puikus patvirtinimas“, – sako van Dishoeck. Tai, kad tarpžvaigždinėje erdvėje dar nerasta tokių biomolekulių kaip aminorūgštys, jos nuomone, gali būti dėl to, kad jų parašai yra labai silpni ir net glicino atveju juos sunku galutinai aptikti. „Net jei dėlionės dalys jau sudėliotos, dar reikia nueiti ilgą kelią, kol galėsime įrodyti, kad gyvybės evoliucija iš tikrųjų prasideda atviroje erdvėje.“ [1]

 

1. Die Samen der Biomoleküle. Frankfurter Allgemeine Zeitung; Frankfurt. 30 July 2025: N2.  Von Manfred Lindinger