Nella nube G+0.693−0.027, dodici segnali radio hanno rivelato l’eritrulosio, una molecola che potrebbe essere arrivata sul nostro pianeta in milioni di tonnellate
LA NOTIZIA IN BREVE –Il primo zucchero identificato nel mezzo interstellare arriva dal cuore della Via Lattea. Un gruppo internazionale guidato dall’astrofisica Izaskun Jiménez-Serra, del Centro de Astrobiología di Madrid, ha rilevato l’eritrulosio nella nube G+0.693−0.027, a circa 26 mila anni luce dalla Terra. Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, ha riconosciuto la molecola attraverso 12 gruppi di righe spettrali osservati con i radiotelescopi di Yebes e dell’IRAM.
L’eritrulosio contiene quattro atomi di carbonio e può formarsi sui granelli di polvere ricoperti di ghiaccio, dove molecole più semplici si combinano. La sua abbondanza supera quella attesa per zuccheri più piccoli e indica che la chimica cosmica costruisce composti complessi seguendo percorsi più rapidi del previsto. Secondo gli autori, tra 500 mila e 50 milioni di tonnellate di questa sostanza potrebbero aver raggiunto la Terra primitiva durante l’intenso bombardamento di asteroidi e comete. La scoperta amplia così il catalogo degli ingredienti disponibili prima della comparsa della vita e apre la ricerca di molecole ancora più decisive, come il ribosio dell’RNA.
Se vuoi andare oltre alla sintesi della nostra notizia leggi qui di seguito l’approfondimento:
L’APPROFONDIMENTO –Vicino al centro della Via Lattea, un gruppo internazionale guidato dall’astrofisica Izaskun Jiménez-Serra, ricercatrice del Centro de Astrobiología di Madrid, haindividuato per la prima volta uno zucchero. Si tratta dell’eritrulosio, una molecola formata da quattro atomi di carbonio intercettata nella nube G+0.693−0.027. Lo studio, pubblicato su Nature Astronomy, riunisce 22 ricercatori appartenenti a 14 istituzioni in Spagna, Paesi Bassi, Germania, Giappone, Cile e Stati Uniti. Il gruppo ha riconosciuto la firma chimica dello zucchero nei dati raccolti dai radiotelescopi di Yebes e dell’IRAM, aprendo una nuova strada per ricostruire l’origine cosmica delle molecole che contribuirono alla nascita dei primi sistemi biologici sulla Terra.
La scoperta nasce da una collaborazione con compiti precisi. Jiménez-Serra ha ideato e coordinato il progetto e guidato l’analisi astronomica; Juan García de la Concepción, dell’Università dell’Estremadura, ha sviluppato i calcoli di chimica quantistica; Herma Cuppen e Joseph Salaris, della Radboud University di Nimega, hanno lavorato ai modelli che ricostruiscono la formazione dello zucchero sui granelli di polvere interstellare. Emilio J. Cocinero e Aran Insausti, dell’Università dei Paesi Baschi e dell’istituto Biofisika, insieme a Elena R. Alonso dell’Università di Valladolid, hanno fornito le previsioni spettroscopiche che hanno permesso di riconoscere l’eritrulosio nei segnali radio. Carlos Briones, del CAB, ne ha studiato il possibile ruolo nella chimica che precedette la comparsa della vita.
Una nube a 26 mila anni luce dalla Terra
La nube G+0.693−0.027 si trova nella regione del centro galattico, a circa 8,2 kiloparsec dalla Terra, equivalenti a oltre 26 mila anni luce. Gas, polveri e ghiacci formano qui uno dei più ricchi serbatoi molecolari conosciuti nella Via Lattea. Negli ultimi anni la stessa regione ha restituito numerosi composti legati alla chimica prebiotica, tra cui molecole considerate precursori di lipidi e nucleosidi.
Gli scienziati studiano G+0.693 come un archivio naturale della chimica cosmica. Le particelle che attraversano la nube urtano i granelli di polvere, modificano i rivestimenti ghiacciati e alimentano reazioni capaci di unire atomi e molecole semplici. Le collisioni tra nubi e le onde d’urto liberano poi una parte di questi composti nel gas, rendendoli accessibili ai radiotelescopi.
Il risultato pubblicato su Nature Astronomy nasce da una vasta indagine spettroscopica che ha coperto oltre 91 gigahertz di frequenze, attraverso le finestre atmosferiche dei 7, 3 e 2 millimetri. Il radiotelescopio da 40 metri dell’Osservatorio di Yebes, vicino a Guadalajara, ha raccolto i dati principali tra marzo 2021 e marzo 2022. Il telescopio da 30 metri dell’Institute for Radio Astronomy in the Millimeter Range, situato sul Pico Veleta in Spagna, ha ampliato la copertura alle frequenze più alte.
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Il codice a barre che rivela una molecola
Un radiotelescopio legge le molecole attraverso il loro movimento. Ogni composto ruota nello spazio secondo modalità determinate dalla massa, dalla struttura e dalla disposizione dei propri atomi. Durante questi cambiamenti di rotazione assorbe o emette energia a frequenze precise, producendo una sequenza caratteristica di righe spettrali.
Questa sequenza funziona come un codice a barre chimico. Per riconoscerla, gli astronomi devono prima conoscere con estrema precisione lo spettro della molecola in laboratorio. Proprio questo passaggio aveva rallentato per anni la ricerca degli zuccheri interstellari: queste sostanze risultano fragili alle alte temperature, assorbono facilmente l’umidità e richiedono tecniche particolarmente delicate per entrare nella fase gassosa.
Il gruppo di spettroscopia ha superato l’ostacolo attraverso la vaporizzazione laser ultrarapida, una tecnica che permette di liberare le molecole e misurarne le frequenze di rotazione conservandone la struttura. Le informazioni ottenute in laboratorio sono entrate nel software MADCUBA, sviluppato dal Centro de Astrobiología per identificare e modellare le specie molecolari presenti nello spazio.
Nel segnale proveniente da G+0.693, i ricercatori hanno riconosciuto 12 gruppi di righe attribuibili all’eritrulosio, corrispondenti complessivamente a 17 transizioni. Sei gruppi presentavano livelli di contaminazione inferiori o uguali al 25 per cento. Anche le righe sovrapposte ai segnali di altre molecole seguivano il profilo previsto dal modello.
Il calcolo statistico ha rafforzato l’identificazione: la probabilità che le sei righe più pulite si trovassero nelle posizioni previste per una semplice coincidenza raggiunge appena lo 0,2 per cento. La concordanza tra spettro osservato, misure di laboratorio e simulazioni offre quindi una base solida alla scoperta.
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Perché l’eritrulosio è il primo vero zucchero interstellare
Gli astronomi avevano già trovato nello spazio il glicolaldeide, una molecola spesso descritta come lo zucchero più semplice. Dal punto di vista chimico, il glicolaldeide appartiene però alla famiglia delle idrossialdeidi. La sua struttura contiene due atomi di carbonio e presenta una parentela con gli zuccheri, mentre la classificazione formale lo colloca in un gruppo differente.
L’eritrulosio soddisfa invece la definizione di monosaccaride. Possiede quattro atomi di carbonio, otto di idrogeno e quattro di ossigeno e rappresenta l’unico chetoso possibile con una catena di quattro carboni. Sulla Terra compare in natura, anche nei lamponi, e l’industria cosmetica lo utilizza nei prodotti autoabbronzanti per la sua capacità di reagire con gli amminoacidi presenti nello strato superficiale della pelle.
La sua individuazione porta la chimica interstellare su un livello superiore. Con 14 atomi complessivi, l’eritrulosio rappresenta la più grande molecola aciclica identificata finora nel mezzo interstellare e la prima specie osservata nello spazio tra le stelle con quattro atomi di ossigeno.
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Lo zucchero più grande risulta anche il più abbondante
La vera sorpresa emerge dal confronto con molecole più piccole. Il gruppo ha cercato nella stessa nube anche il gliceraldeide e il diidrossiacetone, i due zuccheri formati da tre atomi di carbonio. I loro segnali sono rimasti sotto la soglia strumentale, mentre l’eritrulosio ha raggiunto un’abbondanza compresa fra otto e diciassette volte i limiti calcolati per i due composti più semplici.
Il dato capovolge una tendenza comune nell’astrochimica. All’interno di molte famiglie molecolari, ogni nuovo atomo di carbonio riduce l’abbondanza del composto di circa un ordine di grandezza. Molecole più grandi richiedono infatti un numero maggiore di passaggi e incontrano più occasioni di trasformazione o distruzione.
G+0.693 racconta un percorso diverso. L’eritrulosio potrebbe formarsi attraverso l’unione diretta di due frammenti da due atomi di carbonio, saltando la crescita graduale attraverso molecole da tre carboni. I candidati principali sono radicali derivati dal glicolaldeide e dall’etilenglicole, due composti già presenti in quantità elevate nella nube.
«La scoperta ci ha sorpreso, perché la visione prevalente in astrochimica prevede che le molecole interstellari crescano attraverso l’aggiunta sequenziale di atomi di carbonio», ha spiegato Izaskun Jiménez-Serra. Il comportamento dell’eritrulosio introduce quindi una nuova possibilità: la complessità può emergere anche dall’assemblaggio di blocchi molecolari già formati.
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Il laboratorio ghiacciato tra le stelle
I calcoli di chimica quantistica e le simulazioni astro-chimiche indicano che la reazione avviene sulla superficie dei granelli di polvere ricoperti da ghiaccio d’acqua. Questi minuscoli supporti svolgono il ruolo di banchi da lavoro: trattengono le molecole, le avvicinano e favoriscono reazioni che nel gas procederebbero con maggiore difficoltà.
Il processo parte dal glicolaldeide e dall’etilenglicole. L’interazione con atomi di idrogeno e radiazioni energetiche genera due radicali, cioè frammenti molto reattivi. Quando i radicali si incontrano sul ghiaccio, possono unirsi e costruire la catena a quattro atomi di carbonio dell’eritrulosio.
I ricercatori hanno inserito questa sequenza in simulazioni cinetiche Monte Carlo, capaci di seguire milioni di eventi sulla superficie dei grani. I risultati producono quantità di eritrulosio compatibili, entro le incertezze tipiche dei modelli, con l’abbondanza misurata nella nube.
Le onde d’urto che attraversano G+0.693 trasferiscono energia ai granelli e rilasciano nel gas una parte delle molecole accumulate nei ghiacci. I telescopi intercettano proprio questa frazione. Una quota ulteriore resta intrappolata sulla polvere e potrebbe entrare nei materiali che formeranno stelle, dischi protoplanetari, comete e asteroidi.
Una molecola con una forma destra e una sinistra
L’eritrulosio possiede anche una proprietà centrale nella biologia: la chiralità. La sua struttura può presentarsi in due forme speculari, simili a una mano destra e a una mano sinistra. Le due versioni condividono composizione e legami chimici, mentre interagiscono in modo diverso con altre molecole chirali.
La vita terrestre mostra una forte selezione: gli amminoacidi delle proteine appartengono quasi tutti a una forma, mentre gli zuccheri degli acidi nucleici seguono l’orientamento opposto. La ragione per cui la biologia abbia scelto una direzione rappresenta uno dei grandi interrogativi sulla sua origine.
L’eritrulosio diventa la seconda molecola chirale individuata nel mezzo interstellare. Il meccanismo ricostruito dallo studio genera inizialmente le due forme in proporzioni uguali. La ricerca futura potrà verificare se radiazioni, campi magnetici o altri processi cosmici favoriscano una delle due configurazioni e producano piccoli eccessi simili a quelli misurati in alcune meteoriti.
Dagli asteroidi alla nube primordiale
Negli ultimi anni, l’analisi di meteoriti primitive e dei campioni riportati sulla Terra dall’asteroide Bennu ha rivelato ribosio, glucosio e altri monosaccaridi. Questi risultati avevano già suggerito una provenienza extraterrestre per una parte degli zuccheri arrivati sul nostro pianeta.
Restava da capire dove potesse iniziare la loro produzione. La presenza dell’eritrulosio in una nube interstellare sposta l’origine possibile molto più indietro nel tempo, fino alla materia fredda da cui nascono stelle e sistemi planetari. Molecole e precursori formati nei ghiacci possono entrare nei dischi attorno alle giovani stelle, accumularsi nei planetesimi e raggiungere i pianeti attraverso comete, asteroidi e polveri.
La scoperta crea così un collegamento fra tre ambienti: le nubi molecolari, i piccoli corpi del Sistema solare e la superficie della Terra primitiva. Ogni passaggio aggiunge nuove reazioni e concentra i composti in luoghi favorevoli, come pozze, superfici minerali, aree vulcaniche e sistemi idrotermali.
Fino a 50 milioni di tonnellate sulla Terra primitiva
Gli autori hanno provato a stimare quanta eritrulosio potrebbe aver raggiunto la Terra durante la fase di intenso bombardamento avvenuta fra 4,1 e 3,9 miliardi di anni fa. Il calcolo parte dal rapporto osservato fra eritrulosio e acqua nella nube, dalla quantità media d’acqua contenuta nelle meteoriti e dalle stime sulla materia organica extraterrestre arrivata sul pianeta.
Il risultato copre un intervallo molto ampio: fra 500 mila e 50 milioni di tonnellate. La distanza fra i due estremi riflette le incertezze sui flussi di materiale, sulla composizione degli oggetti che colpirono la Terra e sulla durata del bombardamento. Anche la cronologia precisa di questa fase resta al centro del confronto scientifico.
La stima descrive dunque un ordine di grandezza e mostra un punto essenziale: il trasporto cosmico avrebbe potuto fornire quantità rilevanti di zuccheri e precursori, capaci di affiancare la produzione chimica avvenuta direttamente sul pianeta.
Dall’eritrulosio alle molecole della replicazione
Gli zuccheri occupano una posizione centrale nella vita. Forniscono energia alle cellule, partecipano alla costruzione di strutture biologiche e formano l’impalcatura degli acidi nucleici. Il DNA contiene desossiribosio, mentre l’RNA utilizza ribosio.
L’eritrulosio svolge un ruolo diverso, ma la sua chimica conduce verso molecole rilevanti. In ambiente acquoso, i chetosi possono trasformarsi nei corrispondenti aldosi. L’eritrulosio può quindi generare eritrosio e treosio, zuccheri con la stessa quantità di atomi e una diversa disposizione strutturale.
Il treosio entra nella struttura del TNA, l’acido nucleico a treosio, un polimero più semplice dell’RNA che alcuni ricercatori considerano un possibile protagonista delle fasi precedenti al mondo a RNA. Esperimenti di chimica prebiotica hanno inoltre prodotto componenti dei ribonucleotidi partendo da miscele che comprendevano eritrulosio.
La scoperta riguarda quindi la disponibilità delle materie prime. La comparsa della vita richiede ulteriori passaggi: concentrazione delle molecole, selezione delle reazioni utili, costruzione di membrane, conservazione dell’informazione e sviluppo di sistemi capaci di replicarsi ed evolvere. L’eritrulosio amplia il catalogo dei composti accessibili a questi processi.
La prossima ricerca punta al ribosio
Il lavoro offre ora un metodo concreto per cercare zuccheri più complessi. La combinazione tra spettroscopia laser, osservazioni radio a banda larga e modelli chimici permette di individuare firme rimaste finora nascoste nel fitto intreccio delle emissioni galattiche.
Carlos Briones indica come obiettivo naturale il ribosio, componente dell’RNA. La sua eventuale scoperta nel mezzo interstellare rafforzerebbe il legame fra la chimica delle nubi molecolari e i sistemi capaci di conservare informazione biologica. Telescopi più sensibili, analisi di laboratorio più precise e nuove campagne su G+0.693 potranno estendere la ricerca anche ad altri zuccheri, acidi zuccherini e molecole chirali. Il risultato guidato da Izaskun Jiménez-Serra cambia soprattutto il punto di partenza della domanda sull’origine della vita. Una parte della chimica necessaria ai primi sistemi biologici potrebbe aver cominciato il proprio viaggio molto prima della formazione della Terra, sulle superfici ghiacciate di minuscoli granelli sospesi fra le stelle.
Link utili:
Nature Astronomy
Sugar in interstellar space | EurekAlert!
Note per i lettori
L’immagine usata per questo articolo è stata creata grazie all’utilizzo di un sistema di Intelligenza Artificiale
