Sự sống trên Trái đất có từ đầu
|
. Cập nhật lúc: 06:42, 28/04/2022 (GMT+7) Các thành phần hóa học thiết yếu cho sự sống trong các mảnh thiên thạch rơi xuống Trái Đất góp phần củng cố giả thiết rằng những vật thể tương tự ngoài vũ trụ có thể đã tới Trái Đất từ rất sớm.
Các nghiên cứu đã phát hiện các thành phần hóa học thiết yếu cho sự sống trong các mảnh thiên thạch rơi xuống Mỹ, Canada và Australia, từ đó góp phần củng cố giả thiết rằng những vật thể tương tự ngoài vũ trụ có thể đã tới Trái Đất từ rất sớm, góp phần mang lại sự sống cho hành tinh xanh. Nghiên cứu đã được đăng trên tạp chí Nature Communications. Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã tiến hành phân tích vật liệu của 3 mảnh thiên thạch, gồm một mảnh rơi xuống thị trấn Murray tại bang Kentucky của Mỹ vào năm 1950, một mảnh lao xuống gần thị trấn Murchison tại bang Victoria của Australia vào năm 1969, một mảnh rơi xuống gần hồ Tagish ở tỉnh British Columbia của Canada vào năm 2000. Cả ba đều là thiên thạch hình cầu chứa carbon, từ một vật liệu cứng như đá và được cho là hình thành trong giai đoạn đầu của lịch sử hệ Mặt Trời. Các thiên thạch đều giàu carbon, trong đó thiên thạch ở Australia và Mỹ chứa 2% carbon hữu cơ xét theo trọng lượng, trong khi thiên thạch tại Canada chứa khoảng 4% carbon hữu cơ. Carbon là thành phần đầu tiên của các sinh vật sống trên Trái Đất. Cả ba thiên thạch đều chứa hỗn hợp phân tử hữu cơ phức tạp, với phần lớn các thành phần đều chưa thể xác định. Trước đó, các nhà khoa học đã phát hiện trong những mạnh thiên thạch trên có 3 trong tổng số 5 thành phần hóa học cần thiết để tạo nên ADN (phân tử mang thông tin di truyền, chỉ dẫn cách tạo ra các protein quan trọng cho sự tăng trưởng, phát triển của mọi sinh vật) và ARN (phân tử đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát các hoạt động của gene). Đến ngày 26/4, các nhà nghiên cứu thông báo đã xác định được 2 thành phần hóa học cuối cùng sau khi điều chỉnh phương thức phân tích thiên thạch. Theo tác giả chính của nghiên cứu, chuyên gia về hóa học và thiên văn Yasuhiro Oba của Viện Khoa học Nhiệt thấp thuộc Đại học Hokkaido (Nhật Bản), không giống như những lần trước đó, các phương pháp được sử dụng lần này nhạy hơn và không dùng axit mạnh hay chất lỏng nóng để chiết xuất 5 thành phần, còn được biết đến là nucleobase (thành phần cấu tạo nên axit nucleic). Nucleobase là hợp chất chứa nitơ đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên cấu trúc xoắn ốc đặc trưng của ADN. Hai nucleobase gồm cytosine và thymine, mới được phát hiện trong thiên thạch có thể né được những cuộc kiểm tra trước đó, do chúng sở hữu cấu trúc mỏng manh hơn 3 loại còn lại. Tuy nhiên, 5 loại nucleobase này dường như không phải là những hợp chất hóa học duy nhất đóng vai trò quan trọng việc hình thành sự sống. Những thành phần quan trọng khác bao gồm axit amino, đường, axit béo. Đồng tác giả nghiên cứu Danny Glavin của Trung tâm bay vũ trụ Goddard thuộc Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) tại Maryland, cho rằng việc xác nhận nguồn gốc ngoài Trái Đất của bộ nucleobase hoàn chỉnh được tìm thấy trong ADN và ARN đã củng cố thêm giả thiết rằng thiên thạch có thể là khởi nguồn quan trọng của các hợp chất hữu cơ cần thiết để tạo nên các sinh vật sống đầu tiên trên Trái Đất. Ông Glavin nhấn mạnh hiện vẫn còn nhiều điều cần khám phá về những sự kiện hóa học giúp tạo nên sự sống trên Trái Đất và nghiên cứu này chắc chắn sẽ bổ sung vào danh sách những hóa chất có khả năng đã xuất hiện từ trước khi có sự sống trên hành tinh. Trái Đất được hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm. Ở thời kỳ sơ khai, hành tinh xanh liên tục đón nhận các thiên thạch, sao chổi và những vật liệu khác từ vũ trụ. Những sinh vật sống đầu tiên trên hành tinh là những vi khuẩn dưới đại dương nguyên thủy và hóa thạch cổ xưa nhất được biết đến là những mẫu vi khuẩn dưới biển có niên đại cách đây khoảng 3,5 tỷ năm. Mặc dù những kết quả hiện nay có thể không trực tiếp làm sáng tỏ nguồn gốc của sự sống Trái Đất, song các nhà khoa học tin rằng chúng sẽ góp phần tăng thêm hiểu biết của nhân loại về những phân tử hữu cơ có mặt trên hành tinh từ trước khí sự sống được hình thành. (TTXVN)
Sự sống trên trái đất bắt đầu như thế nào? Một nghiên cứu công bố ngày 2-10 trên Tạp chí của Viện Khoa học Quốc gia Mỹ cho rằng sự sống trên hành tinh chúng ta bắt nguồn từ những thiên thạch thường xuyên "ghé thăm" trái đất hàng tỷ năm trước, một số trong đó đã "tình cờ" rơi vào các hồ nước ấm và giúp hình thành điều kiện phù hợp để sản sinh ra các acid nucleic - một trong 4 đại phân tử chính có vai trò thiết yếu đối với mọi dạng sống. Giả thuyết về sự sống trên trái đất đến từ "những hồ nước ấm nhỏ" được đặt ra lần đầu tiên bởi nhà sinh vật học Charles Darwin, cha đẻ của thuyết tiến hóa. Năm 1987, trong bức thư gửi một người bạn, Darwin đã nêu giả thuyết sự sống có thể khởi nguồn từ các hồ nước ấm nhỏ quy tụ điều kiện hóa học phù hợp để một hợp chất protein hình thành và sau đó phát triển thành các dạng phức tạp hơn. Từ đó đến nay, giới nghiên cứu vẫn tranh cãi về giả thuyết này. Nghiên cứu mới của Đại học McMaster ủng hộ giả thuyết hồ nước của Darwin, lập luận rằng một môi trường chuyển đổi có chu kỳ từ điều kiện ẩm ướt sang khô ráo và ngược lại là cần thiết để kết nối các phân tử cơ bản trong môi trường hồ nước thành các phân tử acid ribonucleic (ARN) có khả năng tự tái tạo. Các phân tử ARN này cấu thành bộ mã gien đầu tiên để hình thành sự sống trên trái đất và xuất hiện trước ADN. Ralph Pudritz, chuyên gia của Khoa Vật lý và Thiên văn thuộc Đại học McMaster và là một tác giả của nghiên cứu, cho rằng ADN "quá phức tạp" để có thể là nền tảng sự sống đầu tiên trên trái đất và ARN là giả thuyết phù hợp hơn. Thomas Henning, chuyên gia của Viện Thiên văn học Max Planck và là đồng tác giả của nghiên cứu, cho rằng để tìm câu trả lời về nguồn gốc của sự sống, trước hết cần phải hiểu về tình trạng của trái đất ở thời điểm hàng tỷ năm trước. Trong khoảng thời gian 3,7-4,5 tỷ năm trước, trái đất thường xuyên bị thiên thạch tấn công, với tỷ lệ khoảng 8-11% cao hơn ngày nay. Bầu khí quyển lúc đó "bị bao phủ trong khí gas núi lửa" và diện tích đất rắn rất ít do các lục địa vẫn đang trong quá trình nổi lên từ dưới đại dương. Trong điều kiện này, rất dễ để các thiên thạch rơi vào một môi trường nước và từ đó hình thành một môi trường quy tụ các yếu tố cần thiết để tạo ARN như amoniac, muối phốt-pho, ánh sáng, nhiệt độ, điện... Dần dần, các nhân tố này đạt được độ cô đặc và tỷ lệ phù hợp và kết dính với nhau. Sau đó, ARN dần tiến hóa và mở đường cho sự phát triển của ADN, nền tảng cho mọi dạng thức sự sống cấp độ cao.
Trong một nghiên cứu mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Yale đã chỉ ra rằng Trái Đất có thể tạo ra tới 10^18 tia chớp trong khoảng thời gian 1 tỷ năm. Theo thời gian, những tia chớp này có thể thúc đẩy quá trình "giải phóng" phốt pho (phốt pho hợp chất là những phân tử sinh học không thể thiếu cho nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất). Benjamin Hess, một nghiên cứu sinh tại Khoa Trái Đất học và Khoa học Hành tinh học tại Đại học Yale và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: "Công trình này giúp chúng ta có thể hiểu được một phần của sự hình thành sự sống trên Trái Đất, và có thể mở rộng sang nghiên cứu các hành tinh - sự sống có thể đang hình thành trên các hành tinh đó theo cách tương tự".  Nguồn gốc sự sống cũng thường được gọi là quá trình phát sinh sự sống (abiogenesis) là thuật ngữ để chỉ các lí thuyết khác nhau về quá trình hình thành và phát triển sự sống trên Trái Đất. Trong các lí thuyết này, phổ biến nhất cho đến nay là những giả thuyết khoa học cho rằng: đây là quá trình tự nhiên mà sự sống phát sinh từ vật chất không sống, từ các chất vô cơ thành các hợp chất hữu cơ đơn giản, rồi tiến hoá thành sinh giới ngày nay. Như chúng ta đã biết, phốt pho là một thành phần thiết yếu của sự sống trên Trái Đất. Ngay cả khi tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất trong vũ trụ, các nhà khoa học sẽ tìm kiếm dấu hiệu của phốt pho. Tuy nhiên, hàng tỷ năm trước, phốt pho bị mắc kẹt trong các khoáng chất không hòa tan và rất khó để có thể thoát ra bên ngoài và phát huy tác dụng của mình. Bởi vậy. vấn đề này đã được các nhà khoa học quan tâm trong nhiều năm, họ muốn biết làm thế nào phốt pho được biến đổi thành một dạng dễ sử dụng hơn, từ đó thúc đẩy quá trình sản sinh ra sự sống. Các nhà nghiên cứu cho rằng phốt pho giúp tạo ra sự sống trên Trái Đất có thể đến từ schreibersite, một khoáng chất hiếm nhưng rất phổ biến trong các thiên thạch. Khi sét đánh vào đất hoặc cát (có nguồn gốc từ những thiên thạch) trên mặt đất, nó có thể tan chảy ngay lập tức và sau đó đông đặc lại để tạo thành thủy tinh tự nhiên - fulgurite (còn được gọi là đá sét). Những thiên thạch này có thể nằm dưới mặt nước, có nghĩa là khi có nước, phốt pho trong khoáng chất này có thể bị hòa tan ra ngoài và có khả năng trở thành một phần của phản ứng hóa học. Mặc dù các chi tiết của quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất cho tới nay vẫn chưa được biết, giả thuyết khoa học phổ biến là sự chuyển đổi từ các thực thể không sống sang các thực thể sống không phải là một sự kiện đơn lẻ, mà là một quá trình tăng dần độ phức tạp liên quan đến việc tự sao chép phân tử, tự lắp ráp, tự sinh và sự xuất hiện của màng tế bào. Mặc dù sự xuất hiện của nguồn gốc sự sống là không gây tranh cãi giữa các nhà khoa học, nhưng không có mô hình duy nhất được chấp nhận cho nguồn gốc của sự sống. Ban đầu rất nhiều nhà khoa học đồng tình với ý kiến này, thế những thông qua những nghiên cứu và thống kê chuyên sâu, họ nhận thấy rằng từ 3,5 đến 4,5 tỷ năm trước khi sự sống trên Trái Đất sinh ra, số lượng thiên thạch trên hành tinh của chúng ta không đủ để có thể trở thành yếu tố thúc đẩy sự sống. Trong nghiên cứu mới, Hess và các cộng sự đã đề xuất rằng phốt pho trên Trái Đất có thể đến từ các tia sét. Họ cho rằng khả năng này cao hơn là nguyên tố phốt pho đến từ thiên thạch, vì so với các vụ va chạm với thiên thạch, số lượng sét đánh xuống Trái Đất mỗi năm là tương đối ổn định. Hess nói: "Điều này làm cho tia sét trở thành một cách quan trọng để nghiên cứu nguồn gốc của sự sống". Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng mô hình máy tính để ước tính có bao nhiêu tia sét đã xảy ra trên Trái Đất trong giai đoạn quan trọng khi bắt đầu sự sống. Họ phát hiện ra rằng có thể có từ 1 tỷ đến 5 tỷ lần sét đánh xuống Trái Đất mỗi năm, và 100 nghìn đến 1 tỷ tia sét trong số đó rơi xuống bề mặt Trái Đất. Trái Đất vẫn là nơi duy nhất trong vũ trụ được biết đến với sự sống, và bằng chứng hóa thạch từ Trái Đất tạo điều kiện hầu hết các nghiên cứu về nguồn gốc sự sống. Tuổi của Trái Đất là khoảng 4,54 tỷ năm, bằng chứng không thể chối cãi sớm nhất về sự sống trên Trái Đất có từ ít nhất 3,5 tỷ năm trước, và có thể sớm nhất là từ kỷ Đại Tiền Thái cổ (từ 3,6 đến 4,0 tỷ năm trước đây), sau khi lớp vỏ địa chất bắt đầu hóa cứng sau Hadean Eon nóng chảy. Vào tháng 5 năm 2017, các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng có thể về sự sống ban đầu trên đất liền ở geyserite 3,48 tỷ năm tuổi và các mỏ khoáng sản liên quan khác (thường được tìm thấy xung quanh suối nước nóng và mạch nước phun) được phát hiện ở Pilbara Craton, Tây Úc. Theo ước tính của nghiên cứu này, số lượng sét đánh trên Trái Đất có thể lên tới 10^17 đến 10^18 trong một tỷ năm. Các nhà nghiên cứu cho rằng dưới sự tác động của quá nhiều tia sét, sau 1 tỷ năm, quặng được hình thành do sét đánh xuống mặt đất có thể giải phóng phốt pho có thể tham gia phản ứng hóa học khi có nước. Nói cách khác, chính tia sét trong thời kỳ này đã tạo ra đủ lượng phốt pho để giải thích sự tồn tại của phốt pho tại nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất. |
