銀河系中心是甜味的？天文學(xué)家在星際介質(zhì)中首次發(fā)現(xiàn)糖

在距離地球約 2.7 萬光年的銀河系中心，恒星與恒星之間彌漫著氣體與塵埃。在這片被稱為星際介質(zhì)的遙遠(yuǎn)區(qū)域內(nèi)，天文學(xué)家卻探測(cè)到了一種離我們生活很近的分子：赤蘚酮糖。它是覆盆子、獼猴桃等水果里常見的糖類，也是美黑產(chǎn)品的配方成分之一。

這是科學(xué)家首次在星際介質(zhì)中直接發(fā)現(xiàn)真正意義上的糖分子，相關(guān)研究于 7 月 13 日發(fā)表在《自然-天文學(xué)》（Nature Astronomy），由西班牙天體生物學(xué)中心（CAB）研究員伊薩斯昆·希門尼斯-塞拉（Izaskun Jiménez-Serra）領(lǐng)銜的國(guó)際團(tuán)隊(duì)完成。

赤蘚酮糖的分子骨架由 4 個(gè)碳原子和 4 個(gè)氧原子構(gòu)成。相比家用蔗糖，它算一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的小分子糖，但在浩瀚銀河系的星際介質(zhì)中，它已經(jīng)是目前人們能探測(cè)到的最大非環(huán)狀分子、也是首個(gè)確認(rèn)含有 4 個(gè)氧原子的星際分子。

（來源：Nature Astronomy）

在宇宙里找糖要追溯到 2000 年，當(dāng)時(shí)，天文學(xué)家在人馬座分子云中找到了乙醇醛（glycolaldehyde）。這種含兩個(gè)碳原子的分子有時(shí)被稱作“最簡(jiǎn)單的糖”，但在嚴(yán)格意義上，真正的糖分子至少需要三個(gè)碳原子作為骨架。

后來，天文學(xué)家反復(fù)掃描各種恒星形成區(qū)，試圖找到更復(fù)雜的糖，卻屢次空手而歸。

原因在于技術(shù)手段受限。每種分子都有獨(dú)一無二的光譜特征，要在星空中識(shí)別一種分子，就必須先在實(shí)驗(yàn)室里精確測(cè)量它的旋轉(zhuǎn)光譜，再與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。糖分子的識(shí)別要求極為嚴(yán)苛：它們受熱就分解，遇潮易變質(zhì)，傳統(tǒng)熱汽化方法無法穩(wěn)定獲取光譜。

直到 2022 年，西班牙巴斯克大學(xué)（University of the Basque Country）的研究團(tuán)隊(duì)借助超快激光汽化技術(shù)，成功在氣相狀態(tài)下測(cè)得了赤蘚酮糖的轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。他們隨后把數(shù)據(jù)分享給了伊薩斯昆。

但伊薩斯昆起初并不抱多大期望。此前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在一片富含化學(xué)物質(zhì)的 G+0.693-0.027 云團(tuán)中做過多次搜索，始終沒有找到想要的糖分子。

借助最新光譜，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了又一次嘗試，他們用西班牙耶韋斯（Yebes）40 米射電望遠(yuǎn)鏡和毫米波射電天文學(xué)研究所（IRAM）30 米望遠(yuǎn)鏡，進(jìn)行寬帶高靈敏光譜巡查，識(shí)別出 12 組與預(yù)測(cè)光譜吻合的譜線，確認(rèn)了赤蘚酮糖的存在。

但讓研究者意外的是，同一云團(tuán)區(qū)域，赤蘚酮糖的豐度是三碳糖的 8~17 倍。天文學(xué)家此前認(rèn)為，在同一分子家族里，通常每多一個(gè)碳原子，豐度就下降一個(gè)數(shù)量級(jí)左右，醇類、硫醇、醛類、異氰酸酯類都遵循這個(gè)規(guī)律。這一結(jié)果直接打破了“分子越大越稀少”的一般規(guī)律。

研究團(tuán)隊(duì)通過量子化學(xué)計(jì)算和動(dòng)力學(xué)模擬給出了一種可能性：星際空間的赤蘚酮糖并不是碳原子逐個(gè)積累起來的，而是由兩個(gè)更小的分子片段在星際塵埃冰粒表面上直接拼合而成，繞過了逐步生長(zhǎng)合成的路徑。

這一解釋的依據(jù)在于，能組成赤蘚酮糖的兩種分子，乙醇醛和乙二醇的活化自由基在同一云團(tuán)中豐度較高。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的天體化學(xué)模擬進(jìn)一步確認(rèn)，在銀河系中心分子云通常經(jīng)歷的高宇宙線電離環(huán)境下，這條形成路徑的效率與觀測(cè)到的豐度基本相符。

科學(xué)家執(zhí)著于在宇宙空間里找糖，是為了回答有關(guān)生命起源的關(guān)鍵問題。

糖是脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的骨架成分，沒有糖就沒有承載遺傳信息的分子。

在原始地球條件下用實(shí)驗(yàn)室手段合成糖，產(chǎn)量太低，不足以解釋生命起源所需的原料儲(chǔ)備。這也讓許多科學(xué)家認(rèn)為，地球生命出現(xiàn)所需的糖可能來自地外。

支持這一假說的證據(jù)近年來不斷出現(xiàn)。2019 年，日本團(tuán)隊(duì)在多顆富含碳的原始隕石中檢出了核糖及其他糖類。2025 年底，NASA 的“奧西里斯-雷克斯”任務(wù)（OSIRIS-REx）帶回一些小行星貝努（Bennu）上的巖石樣品，其中也發(fā)現(xiàn)了糖類分子。這些證據(jù)表明，糖已經(jīng)存在于小行星和隕石的母體中。

圖 | 在小行星貝努樣本中發(fā)現(xiàn)了核糖和葡萄糖（來源：NASA）

但這次，科學(xué)家更進(jìn)一步確認(rèn)，在恒星和行星尚未誕生之前，糖分子已經(jīng)存在于孕育它們的分子云里。

研究團(tuán)隊(duì)據(jù)此估算，在約 39 億至 41 億年前的后期重轟擊（Late Heavy Bombardment）階段，地球等內(nèi)太陽(yáng)系行星遭遇異常密集的小天體撞擊時(shí)，可能有 5 億到 500 億千克的赤蘚酮糖被輸送至地球表面。不過，后期重轟擊目前是一個(gè)未被確認(rèn)的假說，其真實(shí)性和規(guī)模依然存疑。

赤蘚酮糖并非現(xiàn)代生物的核心遺傳物質(zhì)成分，但它在液態(tài)水環(huán)境下可迅速異構(gòu)化為蘇糖（threose）。蘇糖是蘇糖核酸（TNA）的骨架成分，TNA 是比 RNA 更簡(jiǎn)單的核酸類似物，被學(xué)界視為“前 RNA 世界”（RNA 出現(xiàn)之前可能存在更簡(jiǎn)單的遺傳聚合物）的候選分子之一。

在取得令人欣喜的進(jìn)展后，團(tuán)隊(duì)下一步將繼續(xù)探索，星際空間中是否存在更大的糖分子。其中，作為 RNA 和 DNA 的直接組成部分，含五個(gè)碳原子的核糖是重點(diǎn)候選。

綠岸天文臺(tái)（Green Bank Observatory）的天體物理學(xué)家安東尼·雷米揚(yáng)（Anthony Remijan）評(píng)價(jià)稱：“如果能真正探測(cè)到一個(gè) RNA 或 DNA 的實(shí)際構(gòu)建單元，才是下一個(gè)真正的大發(fā)現(xiàn)。”

參考內(nèi)容：

https://www.nature.com/articles/s41550-026-02905-7

https://www.nature.com/articles/d41586-026-02173-5

運(yùn)營(yíng)/排版：何晨龍

注：封面/首圖由 AI 輔助生成