Tiết lộ mới về nguồn gốc sự sống

Dustin Trail, nhà khoa học trái đất và môi trường tại Đại học Rochester, cho biết: “Sự sống có thể đã bắt đầu khác đi — hoặc không xuất hiện —nếu các đặc điểm hóa học ban đầu của hành tinh chúng ta khác đi”.

Nhưng Trái đất như thế nào hàng tỷ năm trước, và những đặc điểm nào có thể đã giúp hình thành sự sống? Trong một bài báo đăng trên tạp chí Science, Trail và Thomas McCollom, nhà nghiên cứu tại Đại học Colorado Boulder, tiết lộ thông tin quan trọng.

“Chúng ta đang ở thời điểm thú vị khi loài người đang tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác, nhưng chúng ta vẫn chưa biết làm thế nào hoặc thậm chí khi nào sự sống bắt đầu trên hành tinh của chúng ta. Nghiên cứu này giúp xác định các điều kiện và con đường hóa học cụ thể có thể hỗ trợ sự xuất hiện của sự sống", Trail nói.

Nghiên cứu về nguồn gốc sự sống thường liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm bộ gen, proteomics hay nghiên cứu về protein và một lĩnh vực mới nổi gọi là metallomics hay nghiên cứu về vai trò của kim loại đối với các chức năng của tế bào. Khi sự sống phát triển, nhu cầu sử dụng một số kim loại thay đổi, Trail và McCollom muốn xác định những kim loại nào có trên Trái đất khi vi khuẩn xuất hiện lần đầu tiên cách đây hàng tỷ năm.

"Khi đưa ra các kịch bản nguồn gốc sự sống khác nhau, các nhà khoa học thường giả định rằng tất cả các kim loại đều có sẵn", Trail nói. Để giải quyết thiếu sót này, Trail và McCollom đã nghiên cứu thành phần và đặc điểm của chất lỏng trong thạch quyển, lớp ngoài cùng của Trái đất bao gồm lớp vỏ và lớp phủ phía trên, hàng tỷ năm trước. Những chất lỏng thạch quyển này là con đường chính để vận chuyển các phần khoáng chất bên trong Trái đất ra đến các hồ trên bề mặt, nơi sự sống của vi sinh vật có thể hình thành. Mặc dù các nhà nghiên cứu không thể đo trực tiếp các kim loại tồn tại hàng tỷ năm trước, nhưng bằng cách xác định tính chất của chất lỏng, họ có thể suy ra kim loại nào đã được vận chuyển từ bên trong ra bên ngoài Trái đất trong thời gian sự sống xuất hiện trên hành tinh.

Đá và khoáng chất hàng tỷ năm tuổi, mang thông tin về thành phần của Trái đất tại thời điểm chúng được hình thành, là các mẫu vật mà nhóm nghiên cứu phân tích. Các nhà nghiên cứu đã tiến hành các thí nghiệm để xác định áp suất oxy, hàm lượng clo và nhiệt độ của chất lỏng thạch quyển hàng tỷ năm trước. Sau đó, họ nhập thông tin này vào các mô hình máy tính. Các mô hình cho phép họ mô phỏng các tính chất của chất lỏng thạch quyển, và cho thấy những kim loại nào có thể đã di chuyển từ trong Trái đất ra các hồ trên bề mặt.

Các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên bởi những gì mô hình mô phỏng chỉ ra. Chẳng hạn, nhiều nhà nghiên cứu về nguồn gốc sự sống coi đồng (Cu) là một trong các thành phần có thể dẫn đến sự sống. Nhưng Trail và McCollom đã không tìm thấy bằng chứng rằng đồng tồn tại dồi dào ở thời điểm cách đây hàng tỷ năm.

Một kim loại có thể có sẵn ở nồng độ cao là mangan. Mặc dù nó hiếm khi được xem xét trong các tình huống nguồn gốc sự sống, nhưng ngày nay các nghiên cứu đã cho thấy mangan giúp cơ thể hình thành xương và hỗ trợ các enzym phá vỡ carbohydrate và cholesterol.

Trail cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng các kim loại như mangan có thể hoạt động như những liên kết quan trọng giữa bên trong Trái đất và các hệ thống sinh học mới nổi trên bề mặt".

Trail cho biết nghiên cứu này sẽ giúp các nhà khoa học nghiên cứu nguồn gốc sự sống có thêm dữ liệu cho các thí nghiệm và mô hình của họ. "Các thí nghiệm được thiết kế dựa trên thông tin mới này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về nguồn gốc của sự sống".

Nguồn: https://phys.org/news/2023-02-life.html