کشف قند در فضای میان ستاره ای برای نخستین بار - سرزمین رویا

آنالیز این موضوع نه تنها کنجکاوی ما را درباره دنیا پیرامون برمی انگیزد بلکه پاسخ های نوی برای پرسش های دیرین زیست شناسان فراهم می نماید. کشف اخیر نشان می دهد که ابرهای گازی وسیع در میان ستارگان صرفا توده هایی از هیدروژن ساده نیستند بلکه آزمایشگاه هایی پیشرفته برای فراوری پیچیده ترین مواد شیمیایی به شمار می روند. همراه ما باشید تا جزئیات این دستاورد علمی و پیامدهای شگفت انگیز آن برای علم نوین را با هم مرور کنیم.

لیست مطالب

• 1. ردیابی شیرینی در کهکشان دوردست
• 2. ابزار تلسکوپ های رادیویی اسپانیا در ثبت سیگنال ها
• 3. ساختار شیمیایی اریترولوز و اهمیت آن برای زیست شناسی
• 4. فرضیه انتقال قندها به زمین به وسیله شهاب سنگ ها
• 5. کارخانه شیمیایی در نزدیکی سیاه چاله مرکزی راه شیری
• 6. کشفیات پیشین در سیارک بنو و مقایسه با پژوهش اخیر
• 7. محیط بین ستاره ای به عنوان خاستگاه ترکیبات پیش زیستی
• 8. اهمیت شیمی فضایی در درک فرآیند تکامل حیات
• 9. روش های شناسایی طیف سنجی چرخشی در کیهان شیمی
• 10. پایداری مولکول های آلی در شرایط خشن کیهانی
• 11. از ابرهای مولکولی تا تشکیل منظومه های ستاره ای نو
• 12. افق های نوین در جستجوی مولکول های حیات بخش خارج از زمین

????مختصر و مفید

اخترشناسان پیروز شدند برای نخستین بار یک مولکول قند پیچیده به نام اریترولوز را در اعماق فضای بین ستاره ای شناسایی نمایند. این کشف بی سابقه که در فاصله 26 هزار سال نوری از ما و در یک ابر مولکولی غنی در نزدیکی مرکز کهکشان راه شیری اتفاق افتاده است گامی بزرگ در جهت حل معمای منشا حیات روی زمین به شمار می رود. دانشمندان احتمال می دهند که مواد پایه و پیش زیستی برای شکل گیری سلول ها در فضایی دوردست ساخته شده و به وسیله سیارک ها به زمین جوان منتقل شده باشند. این دستاورد علمی نشان می دهد که کارخانه های شیمیایی کیهانی حتی در خشن ترین منطقه ها نزدیک به سیاه چاله ها نیز فعال هستند.

01

ردیابی شیرینی در کهکشان دوردست

برای نخستین بار در تاریخ علم ستاره شناسی دانشمندان پیروز به ردیابی یک مولکول قند معلق در میان ابرهای گازی فضای بین ستاره ای شدند. این کشف دریچه نوی به سوی درک ما از نحوه توزیع مواد آلی در سراسر گیتی باز می نماید و نشان می دهد که عناصر پایه برای شکل گیری ساختارهای زیستی بسیار فراتر از مرزهای سیاره ما وجود دارند.

مولکول کشف شده که اریترولوز نام دارد حاوی چهار اتم کربن است و بر روی زمین به طور طبیعی در بعضی میوه ها یافت می گردد. حضور این ماده در فاصله حیرت انگیز 26 هزار سال نوری از ما می تواند به حل معمای پیچیده و دیرینه چگونگی شروع زندگی بر روی زمین یاری شایانی کند و فرضیه های انتقال ترکیبات از فضا را تقویت نماید.

02

ابزار تلسکوپ های رادیویی اسپانیا در ثبت سیگنال ها

این دستاورد علمی بی نظیر که نتایج آن در یک نشریه معتبر اخترشناسی منتشر شده است حاصل کوشش گروهی از محققان به سرپرستی ایزاسکون خیمنز سرا است. این تیم پژوهشی با تحلیل داده های به دست آمده از تلسکوپ های رادیویی مستقر در کشور اسپانیا پیروز شدند امواج ضعیف ناشی از چرخش این مولکول در فرکانس های مایکروویو را شناسایی نمایند.

داده های ارزشمند این پژوهش از دو تلسکوپ رادیویی خاص تامین شده است که یکی از آن ها در رصدخانه یبس در شمال شرقی مادرید واقع شده و دیگری در موسسه ستاره شناسی رادیویی میلی متری در نزدیکی پیست اسکی کوهستان سیرا نوادا واقع شده است. این ابزارهای دقیق توانسته اند ردپای لرزش های مولکولی ظریف را در اعماق تاریک فضا ثبت نمایند.

03

ساختار شیمیایی اریترولوز و اهمیت آن برای زیست شناسی

مولکول های قند نقشی حیاتی و بی بدیل در پایداری و تداوم زیست دارند زیرا سوخت اصلی سلول ها را تامین نموده و به عنوان بلوک های سازنده در ساختار زنجیره های ژنتیکی نظیر آران ای و دی ان ای مشارکت می نمایند. با این حال دانشمندان هنوز به درستی نمی دانند که این مواد چگونه و با چه مکانیزمی در ابعاد بزرگ روی زمین اولیه انباشته شده اند.

یکی از نظریه های مطرح در این زمینه بیان می نماید که بخشی از این مولکول ها اساسا روی زمین ساخته نشده اند بلکه به وسیله برخورد شهاب سنگ ها و غبارهای کیهانی به سیاره ما راه یافته اند. کشف اریترولوز در یک ابر بین ستاره ای گواه محکمی بر این ادعا است که ساختارهای قندی می توانند در فضا شکل بگیرند و زنده بمانند.

04

فرضیه انتقال قندها به زمین به وسیله شهاب سنگ ها

ایده منشا بیرونی قندهای زمینی زمانی قدرت بیشتری گرفت که در آنالیز های علمی گذشته وجود قند ریبوز و دیگر تک قندی ها در نمونه های برداشته شده از سیارک ها تایید شد. ریبوز قند پایه ای در ساختار ژنتیکی به شمار می رود و اثبات وجود آن در اجرام آسمانی فرضیه بذرافشانی کیهانی را بیش از پیش تقویت کرد.

یافته های نو نوع دیگری از قند فضایی را معرفی می نماید که متعلق به خانواده کتوزها است. این قند روی زمین در محصولات برنزه نماینده پوست و بعلاوه میوه هایی مانند تمشک قرمز یافت می گردد و اکنون کشف آن در فضا نشان می دهد تنوع کربوهیدرات ها در محیط های فرازمینی بسیار بیشتر از تصورات قبلی ما است.

05

کارخانه شیمیایی در نزدیکی سیاه چاله مرکزی راه شیری

پژوهشگران برای انجام این تحقیق تمرکز خود را روی یک ابر مولکولی خاص معطوف کردند که انتخاب آن به هیچ وجه تصادفی نبود. این ناحیه که در نزدیکی سیاه چاله ابرپرجرم مرکز کهکشان واقع شده است یکی از غنی ترین و متراکم ترین منطقه ها از نظر تنوع مولکولی در کل راه شیری به شمار می رود و برخورد ابرها در آن شرایط ویژه ای پدید آورده است.

تلاطم ها و برخوردهای شدید میان توده های گاز در این محدوده آن را به یک کارخانه شیمیایی بزرگ تبدیل نموده است. پیش از این نیز ترکیباتی نظیر الکل ها، اوره و ده ها مولکول آلی پیچیده دیگر در این فضا شناسایی شده بود و اکنون با اضافه شدن قند به این لیست پازل تکامل شیمیایی دنیا کامل تر از همیشه به نظر می رسد.

06

کشفیات پیشین در سیارک بنو و مقایسه با پژوهش اخیر

وجود مولکول های آلی پیش زیستی در شهاب سنگ ها و سنگ های آسمانی موضوعی اثبات شده است اما منشا دقیق تشکیل آن ها همیشه در هاله ای از ابهام قرار داشت. یک فرضیه قوی این است که این قندها در ابتدای امر در همان محیط بین ستاره ای شکل گرفته و سپس جذب اجرام آسمانی بزرگ تر مانند سیارک ها شده اند.

تا پیش از این پژوهش هیچ قند واقعی و مستقلی در محیط بین ستاره ای ردیابی نشده بود اما شناسایی اریترولوز به عنوان یک کتومونوساکارید چهارکربنه این طلسم را شکست. این یافته نشان می دهد که فرآیندهای سنتز شیمیایی در فضای بین ستاره ای به قدری پیشرفته هستند که می توانند قندهای چند کربنه پایدار را فراوری نمایند.

07

محیط بین ستاره ای به عنوان خاستگاه ترکیبات پیش زیستی

محیط بین ستاره ای برخلاف تصور عموم یک خلاء مطلق و بی اثر نیست بلکه بستر پویایی است که در آن گازهای رقیق و ذرات غبار با یکدیگر تعامل دارند. تابش های فرابنفش ستاره ای و پرتوهای کیهانی انرژی لازم را برای شکستن پیوندهای ساده و تشکیل پیوندهای پیچیده تر کربنی فراهم می نمایند که نتیجه آن پیدایش ترکیباتی مانند قندها است.

این فرآیندها در دماهای بسیار پایین نزدیک به صفر مطلق رخ می دهند که در آن واکنش های شیمیایی معمولی متوقف می شوند. با این حال واکنش های سطحی روی ذرات یخ زده غبار به مولکول ها اجازه می دهد تا بدون احتیاج به گرمای زیاد با یکدیگر ترکیب شده و ساختارهای بزرگ تری مانند اریترولوز را بسازند که برای شروع زیست ضروری هستند.

08

اهمیت شیمی فضایی در درک فرآیند تکامل حیات

مطالعه شیمی فضایی به ما یاری می نماید تا بفهمیم آیا عناصر سازنده زندگی در دنیا منحصربه فرد هستند یا اینکه در تمام کهکشان ها توزیع شده اند. کشف مولکول قند در فضا و منشا حیات نشان می دهد که بلوک های اولیه بیولوژیکی در سراسر کیهان مشترک هستند و ممکن است سیارات دیگر نیز با همین مواد اولیه بذرپاشی شده باشند.

این موضوع احتمال وجود حیات در نقاط دیگر دنیا را افزایش می دهد زیرا نشان می دهد که مراحل اولیه تکامل شیمیایی پیش از شکل گیری سیارات در ابرهای گازی شروع می گردد. بنابراین هر سیاره در حال تشکیلی می تواند از این انبار شیمیایی غنی بهره مند گردد و فرآیند بیولوژیکی خود را با سرعت بیشتری شروع کند.

09

روش های شناسایی طیف سنجی چرخشی در کیهان شیمی

ردیابی مولکول ها در فواصل هزاران سال نوری با استفاده از روشی به نام طیف سنجی چرخشی انجام می گردد. هر مولکول به علت ساختار منحصر به فرد خود با سرعت تعیینی می چرخد و در اثر این چرخش فرکانس های رادیویی خاصی منتشر می نماید که مانند اثر انگشت شیمیایی آن عمل می نماید و به وسیله تلسکوپ ها ثبت می گردد.

انطباق این کدهای رادیویی با داده های به دست آمده در آزمایشگاه های فیزیک روی زمین به ستاره شناسان اجازه می دهد تا نوع دقیق مولکول را بدون احتیاج به نمونه برداری فیزیکی شناسایی نمایند. این روش پیشرفته ابزاری قدرتمند برای نقشه برداری از ترکیبات آلی در نواحی دوردست کهکشان ما است.

10

پایداری مولکول های آلی در شرایط خشن کیهانی

یکی از چالش های بزرگ در زیست اخترشناسی این است که چگونه مولکول های پیچیده مانند قندها در برابر پرتوهای ماوراء بنفش ویرانگر و ذرات پرانرژی کیهانی دوام می آورند. لایه های متراکم غبار در ابرهای مولکولی مانند سپر محافظتی عمل نموده و این مواد ظریف را از نابودی در برابر تابش ستاره های جوان حفظ می نمایند.

این ساختارهای محافظتی به قندها فرصت می دهند تا به آرامی روی دانه های یخ رشد نموده و از واکنش های جانبی مصون بمانند. در نهایت با متراکم شدن این ابرها و تشکیل سیارک ها این ترکیبات در دل سنگ های آسمانی قفل شده و بدون آسیب جدی در طول زمان به منظومه های خورشیدی نو منتقل می شوند.

11

از ابرهای مولکولی تا تشکیل منظومه های ستاره ای نو

ابرهای مولکولی پهناور زادگاه اصلی ستاره ها و سیارات نو هستند و زمانی که بخشی از این ابرها به علت گرانش خود فرو می ریزد هسته های پیش ستاره ای شکل می گیرند. در طی این فرآیند مواد آلی موجود در ابر اولیه به دیسک های غبار دور ستاره منتقل شده و پایه تشکیل دهنده سیاره ها را می سازند.

این بدان معناست که ترکیبات پیچیده ای مانند اریترولوز در تمامی مراحل تشکیل یک سامانه خورشیدی حضور دارند و به طور مستقیم وارد ساختار سنگ ها و آب های جاری روی سیارات نوپا می شوند. این چرخه مداوم تضمین می نماید که خشت های اولیه زیستی همیشه در زمان مناسب در دسترس باشند.

12

افق های نوین در جستجوی مولکول های حیات بخش خارج از زمین

کشف اخیر مسیرهای نوی را برای پروژه های رصدی آینده هموار می سازد تا اخترشناسان در پی ترکیبات حتی پیچیده تر مانند اسیدهای آمینه یا نوکلئوتیدها در محیط های بین ستاره ای باشند. ابزارهای نسل نو با حساسیت بالاتر به ما امکان می دهند تا جزئی ترین ساختارهای آلی را در دورترین نقاط کیهان شناسایی کنیم.

با عمیق تر شدن درک ما از شیمی کیهانی مرز میان زیست شناسی و نجوم کم رنگ تر می گردد و دانشمندان می توانند تصویری یکپارچه از چگونگی سفر ماده از ابرهای غباری سرد به سلول های زنده ترسیم نمایند. این پژوهش ها ما را به درک واقعی جایگاه انسان در دنیا هستی نزدیک تر از همیشه خواهند کرد.

پرسش های رایج درباره قندهای فضایی

1. اریترولوز چیست و چه تفاوتی با قندهای معمولی دارد؟

اریترولوز یک قند ساده چهارکربنه است که به خانواده کتوزها تعلق دارد. برخلاف ساکاروز یا همان شکر معمولی که ساختار پیچیده تری دارد، این قند مونوساکارید است و به عنوان یک واحد ساختاری پایه عمل می نماید. این ماده به علت پایداری بالا می تواند در محیط های سخت شیمیایی دوام بیاورد.

2. تلسکوپ های رادیویی چگونه بدون لمس فیزیکی وجود قند را تشخیص می دهند؟

هر مولکول به هنگام چرخیدن در فضا امواج الکترومغناطیسی با فرکانس های بسیار خاص صادر می نماید. تلسکوپ های رادیویی با دریافت و تحلیل این فرکانس ها نقشه طیفی مولکول را ترسیم می نمایند. با مقایسه این الگوها با نمونه های آزمایشگاهی در زمین، نوع مولکول تعیین می گردد.

3. آیا وجود قند در فضا به این معناست که حیات فرازمینی وجود دارد؟

خیر، این کشف نشان دهنده وجود ارگانیسم های زنده در فضا نیست. با این حال تایید می نماید که عناصر پایه برای ایجاد زندگی در همه جا حضور دارند. این یافته احتمال شکل گیری حیات در سیارات مستعد را به شدت تقویت می نماید.

4. ابر مولکولی G+0.693−0.027 کجاست و چرا برای دانشمندان اهمیت دارد؟

این ابر گازی متراکم در نزدیکی مرکز کهکشان راه شیری واقع شده است. به علت نزدیکی به سیاه چاله و برخوردهای پی درپی، واکنش های شیمیایی در آن با سرعت بالا رخ می دهند. این منطقه به عنوان یکی از بزرگ ترین مخازن طبیعی ترکیبات آلی در کهکشان شناخته می گردد.

5. آیا این قندهای فضایی بر اثر حرارت برخورد با زمین نابود نمی شوند؟

سنگ های آسمانی بزرگ می توانند دمای بخش های داخلی خود را در طول ورود به جو خنک نگه دارند. مولکول های آلی محبوس در اعماق شهاب سنگ ها از حرارت مستقیم و اصطکاک محافظت می شوند. این پدیده به آن ها اجازه می دهد سالم به سطح زمین برسند.

6. چه ترکیبات دیگری به جز قند در این ابر بین ستاره ای کشف شده است؟

پیش از این اخترشناسان الکل ها، اوره و اتانول آمین را در این ابر شناسایی نموده بودند. بعلاوه هیدروکسیل آمین و دیگر پیش سازهای آمینواسیدی در این ناحیه ردیابی شده اند. وجود این ترکیب همگی گویای پیچیدگی شیمیایی بالای این منطقه است.

7. تفاوت کشف اخیر با کشف قند در سیارک بنو چیست؟

قندهای بنو در داخل یک جرم جامد آسمانی که قبلا شکل گرفته بود پیدا شدند. اما کشف نو در محیط گازی بین ستاره ای یعنی در فضای آزاد کهکشان اتفاق افتاده است. این موضوع نشان می دهد قندها قبل از تشکیل سیارک ها وجود داشته اند.

8. چگونه سرما و خلاء فضا اجازه فراوری مواد پیچیده را می دهد؟

ذرات غبار موجود در ابرها بستری برای تجمع گازها در دمای بسیار پایین فراهم می نمایند. واکنش های شیمیایی در مقیاس کوانتومی روی سطح این دانه های یخ زده صورت می گیرند. این سازوکار به اتم ها اجازه می دهد بدون احتیاج به دمای بالا پیوندهای نو بسازند.

9. آیا اریترولوز در بازسازی ساختارهای دی ان ای نقشی دارد؟

این قند یک کتون است و مستقیما در ساختار اصلی دی ان ای وجود ندارد. با این حال حضور آن نشان می دهد مسیرهای شیمیایی برای سنتز قندهای پنج کربنه مثل ریبوز هموار است. این ماده گواهی بر تنوع بالای پیش سازهای زیستی در کیهان است.

جمع بندی نهایی

کشف تاریخی مولکول قند اریترولوز در میان ابرهای غبار کهکشانی خط بطلانی بر فرضیه انحصاری بودن مواد زیستی روی زمین کشید. این یافته علمی ثابت می نماید که بلوک های اولیه ساخت سلول ها پیش از آنکه زمینی وجود داشته باشد در پهنه تاریک کیهان در حال سنتز بوده اند. با ردیابی این ساختار آلی در نزدیکی سیاهچاله مرکزی کهکشان راه شیری اکنون می توان با قطعیت بیشتری از فرضیه منشا کیهانی حیات دفاع کرد. گام بعدی دانشمندان ردیابی قندها و پروتئین های پیچیده تر در دیسک های ستاره ای در حال شکل گیری است که می تواند درک ما را از نحوه پراکندگی حیات در پهنه دنیا برای همیشه دگرگون سازد.

منبع: وایرد