星際空間首現四碳糖！銀河系中心附近竟然有個“糖罐子”

生命如何起源是最重要的科學問題之一。而要回答這個問題，首先要了解構成生命的重要分子——如糖、蛋白質等——是如何形成的。糖在提供能量、搭建重要的生物結構、形成遺傳物質的組成部分等方面發揮著重要作用，沒有糖就不會有生命。然而，糖是如何形成的呢？根據目前的研究，在早期地球的環境中，糖很難形成，數量也不足以支持生命的誕生。因此，科學家推測，啟動地球生命的早期的糖可能來自地球之外。

目前，科學家已經在隕石和小行星樣本中發現了核糖、葡萄糖和其他單糖。例如，科學家曾經在有數十億年歷史的隕石樣品中發現了五碳糖，這表明隕石可以向早期地球輸送這種糖和其他糖；科學家也在OSIRIS-REx任務從小行星貝努上采集到的樣品中發現了多種糖。由此推測，地球上的某些糖類可能來自地外，甚至可能形成于隕石母體形成之前的星際介質中。

2000年，科學家在星際空間中發現了含有2個碳原子的分子——乙醇醛，它有時被認為是最簡單的糖分子。但是，麻省理工學院天體化學家布雷特·麥圭爾（Brett McGuire）表示：“盡管乙醇醛的作用與糖相似，但它不是真正的糖——真正的糖必須至少由3個碳原子組成的骨架。”從那時起，科學家一直在星際空間中搜尋更大的糖分子，但卻一無所獲，始終未能在星際介質中直接檢測到更復雜的糖類。

而在不久前，科學家實現了突破。2026年7月13日，西班牙國家研究委員會-國家航空航天研究所天體生物學中心的天體化學家伊薩斯昆·希門內斯-塞拉（Izaskun Jiménez-Serra）領導的一個研究小組在《自然·天文學》（Nature Astronomy）上發表了一篇文章，宣布他們在銀河系中心附近發現了一種由4個碳原子組成的、被稱為赤蘚酮糖（erythrulose）的糖類。這是科學家首次在星際空間中發現四碳糖。麥圭爾對此評價道：“這是一個令人難以置信的激動人心的結果?！?/p>

其實，赤蘚酮糖是一種在我們身邊常見的糖，在覆盆子、獼猴桃以及免曬美黑化妝品中就有這種物質的存在。

▲赤蘚酮糖的分子結構，其中灰球是碳原子、紅球是氧原子、白球是氫原子

希門內斯-塞拉等人發現赤蘚酮糖的位置是一個位于銀河系中心附近、編號為G+0.693-0.027的大型氣體和塵埃云，那里距離地球約26745光年。此前，在天文學家的眼中，這樣的分子云的身份更多是恒星“育嬰室”，大量恒星和行星會在那里孕育，而這次他們發現那里還是一個“糖罐子”。

▲斯皮策空間望遠鏡拍攝的G+0.693-0.027

對于光學望遠鏡來說，這些充滿氣體和塵埃的分子云會將內部的秘密完全隱藏起來，但射電波的傳播可以無視這些障礙，因此射電望遠鏡在此時可以大顯身手。在這項研究中，希門內斯-塞拉等人使用西班牙的耶貝斯（Yebes）40米射電望遠鏡和IRAM 30米射電望遠鏡對這個“糖罐子”進行了超靈敏、寬頻帶頻譜巡天，然后將數據中的信號與實驗室測得的赤蘚酮糖譜圖進行比對，共發現了12組匹配結果，確認了這種糖的存在。

▲IRAM 30米射電望遠鏡

而且，他們還發現，在這個分子云中，赤蘚酮糖的豐度至少是類似的三碳糖的8倍，而后者在同一位置并未被檢測到。這一發現對傳統理論提出了挑戰，因為正常來說，分子中的碳應該是一個一個增加的，可是現在的結果卻表明赤蘚酮糖的形成似乎跳過了三碳這一步。他們使用量子化學和天體化學模型進行了進一步的研究，推測赤蘚酮糖可能是由乙醇醛和乙二醇這兩種物質合成的。這種推測有兩個證據來支持：一是這兩種合成原料各含有2個碳原子，合成之后是四碳糖；二是他們在分子云中也發現了這兩種合成原料。

此外，酮糖在有液態水存在的環境中容易異構化為醛糖，那么這個星際“糖罐子”里豐富的赤蘚酮糖就能為復制過程和新陳代謝提供大量化學原料，參與到更加復雜的化學反應中，希門內斯-塞拉就把這個分子云稱作“巨大的化學工廠”。

當然，希門內斯-塞拉并不滿足于發現赤蘚酮糖，她和同事希望能夠在未來的觀測中找到更加復雜的糖類，并研究這些糖類與生命演化的關系。作為搭建生命的材料，赤蘚酮糖出現在此前我們不曾想象過的地方，這也提醒我們，無論是生命復雜前體的形成，還是它們在星際間的擴散，抑或是生命的最終誕生，都還有很多未知的篇章等待我們去翻閱。