Una straordinaria scoperta nel campo dell’astrobiologia e dell’astrochimica ha gettato nuova luce su uno dei misteri più affascinanti della scienza moderna, ovvero la transizione dalla materia inanimata ai primi sistemi viventi. Per la prima volta in assoluto, un team internazionale di ricercatori è riuscito a rilevare la presenza diretta di un vero e proprio zucchero complesso nel mezzo interstellare, identificando una molecola a quattro atomi di carbonio nota come eritruloso. Lo studio scientifico, intitolato “Detection of a four-carbon sugar in interstellar space” e pubblicato oggi sulla prestigiosa rivista internazionale Nature Astronomy, rappresenta una pietra miliare storica. La ricerca, guidata dall’astrobiologa Izaskun Jiménez-Serra del Centro di Astrobiologia spagnolo (CSIC-INTA) insieme a un’ampia collaborazione di scienziati europei, dimostra che carboidrati di fondamentale importanza biologica possono sintetizzarsi spontaneamente e sopravvivere nelle condizioni estreme dello spazio profondo, offrendo una solida prova a sostegno dell’origine esogena dei componenti primordiali della vita.
L’eritruloso e il paradosso dei mattoni biologici sulla Terra primitiva
Gli zuccheri sono biomolecole essenziali per ogni organismo vivente, poiché fungono da combustibili metabolici fondamentali, costituiscono i componenti strutturali delle membrane cellulari e formano l’ossatura portante degli acidi nucleici come il DNA e l’RNA. Sulla Terra l’eritruloso è un composto relativamente comune, presente ad esempio nei lamponi e ampiamente utilizzato nell’industria cosmetica all’interno dei prodotti autoabbronzanti. Da decenni gli scienziati si interrogano su come i monosaccaridi abbiano potuto accumularsi sulla Terra primitiva, dato che gli esperimenti di laboratorio condotti simulando le condizioni prebiotiche terrestri mostrano che la loro sintesi spontanea è estremamente inefficiente e produce concentrazioni del tutto insufficienti. In passato la rilevazione di riboso, glucosio e altri zuccheri all’interno di meteoriti primitive e nei campioni prelevati dall’asteroide Bennu aveva suggerito che queste molecole potessero avere un’origine extraterrestre. Tuttavia, fino ad oggi, nessuna molecola propriamente classificabile come zucchero era mai stata captata direttamente nelle immense nubi di gas che compongono il mezzo interstellare, lasciando un anello mancante nella catena evolutiva chimica precedente alla formazione dei pianeti.
Una scoperta senza precedenti nel cuore molecolare della Via Lattea
La storica identificazione dell’eritruloso è stata possibile grazie a una campagna di osservazioni spettroscopiche a banda larga e ad altissima sensibilità dirette verso il Centro Galattico, specificamente verso la nube molecolare denominata G+0.693-0.027. Questa specifica regione dello spazio, situata a una distanza di circa 8,2 kiloparsec da noi, è nota per essere uno dei serbatoi molecolari più ricchi e complessi dell’intera Via Lattea. Per setacciare i segnali chimici della nube, il team di ricerca ha utilizzato le sofisticate tecnologie del radiotelescopio Yebes da 40 metri situato a Guadalajara e del radiotelescopio IRAM da 30 metri posizionato a Granada, in Spagna. Attraverso l’impiego del software astronomico MADCUBA-SLIM, gli scienziati sono riusciti a isolare e identificare dodici set distinti di righe spettrali, corrispondenti a ben diciassette transizioni individuali dell’eritruloso, che combaciano perfettamente con i dati rotazionali di gas ottenuti precedentemente in laboratorio tramite tecniche di vaporizzazione laser ultrafast. Il livello di precisione è stato tale da calcolare una probabilità di allineamento casuale dei segnali pari appena allo 0,2%, conferendo alla scoperta un valore statistico e scientifico inattaccabile.
Il misterioso paradosso dell’abbondanza astrochimica
L’analisi quantitativa condotta sulla nube molecolare G+0.693-0.027 ha rivelato un dettaglio che ha profondamente sorpreso la comunità degli astrofisici e dei chimici. I dati indicano che l’eritruloso possiede un’abbondanza relativa rispetto all’idrogeno molecolare pari a circa sei virgola quattro parti su dieci miliardi. Al contrario, gli zuccheri più semplici a tre atomi di carbonio, come la gliceraldeide e il diidrossiacetone, non sono stati rilevati affatto nel corso della medesima campagna osservativa. I calcoli dimostrano che lo zucchero a quattro atomi di carbonio appena scoperto è da 8 a 17 volte più abbondante dei suoi analoghi strutturali più piccoli e teoricamente più semplici. Questo fenomeno rappresenta un’anomalia sorprendente nel panorama astrochimico, in quanto per tutte le altre famiglie chimiche conosciute nello spazio, quali alcol, tioli, aldeidi o isocianati, si osserva costantemente una netta diminuzione dell’abbondanza, pari a circa un ordine di magnitude, per ogni atomo di carbonio aggiunto alla catena molecolare.
Fabbriche chimiche microscopiche sui granelli di ghiaccio cosmico
Per comprendere le ragioni di tale abbondanza, il team ha sviluppato complessi modelli di chimica quantistica e simulazioni astrochimiche basate sul metodo cinetico Monte-Carlo. I risultati indicano che l’eritruloso si forma in modo estremamente efficiente sulla superficie dei granelli di polvere interstellare rivestiti da ghiaccio d’acqua amorfo. Il meccanismo non si basa sulla diffusione termica classica, impraticabile alle temperature interstellari inferiori ai 30 Kelvin, bensì su un processo radicalico non diffusivo indotto dall’interazione con atomi di idrogeno incidenti. Il processo prende il via dall’aggregazione ravvicinata di due molecole a due atomi di carbonio molto diffuse nello spazio, la glicolaldeide e l’etilene glicole. L’astrazione di atomi di idrogeno operata dai bombardamenti cosmici genera i rispettivi radicali attivati. Il passaggio chiave e più lento dell’intera reazione è governato da un fenomeno quantistico chiamato intersystem crossing, un cambio di spin elettronico che permette ai due frammenti diradicalici di passare da uno stato di tripletto repulsivo a uno stato di singoletto attrattivo, il quale collassa istantaneamente generando la struttura stabile dell’eritruloso.
Dallo spazio profondo alla Terra: le origini del TNA e del pre-RNA
La scoperta che l’eritruloso, composto da ben quattordici atomi e quattro atomi di ossigeno, sia in grado di formarsi e resistere nell’ambiente interstellare sposta l’asticella della complessità chimica extraterrestre a un livello superiore. Le implicazioni per l’origine della vita sulla Terra e in altri sistemi planetari sono immense. In un ambiente acquoso e caldo, i chetosi come l’eritruloso tendono a isomerizzare rapidamente nei loro corrispettivi aldosi, ovvero il treoso e l’eritroso. Questo specifico passaggio chimico è ritenuto centrale per la sintesi del Threose Nucleic Acid (TNA), un acido nucleico artificiale strutturalmente più semplice dell’RNA e considerato dalla biologia evolutiva uno dei candidati più autorevoli per aver dominato il mondo biologico ancestrale prima della comparsa dell’RNA e del DNA attuali. Basandosi sulle stime dell’apporto di materiale organico extraterrestre avvenuto durante le prime fasi geologiche del nostro pianeta, gli scienziati hanno calcolato che una quantità compresa tra i cinquecento milioni e i cinquanta miliardi di chilogrammi di eritruloso potrebbe essere stata depositata intatta sulla Terra primordiale mediante gli impatti meteoritici e cometari. Questo immenso serbatoio di zuccheri pronti all’uso avrebbe fornito la materia prima ideale per avviare i primi processi replicativi e metabolici, suggerendo che i semi chimici della vita non siano nati sul nostro pianeta, ma siano stati forgiati nel freddo cosmico tra le stelle.