Sự sống được bắt đầu dựa vào những chất hóa học sao chép không hoàn hảo: gồm những mẫu có thể sao chép và phương thức nạp năng lượng để chúng chuyển biến từ những hợp chất hóa học đơn giản chủ yếu dựa vào carbon sang những hình thái phức tạp hơn.
Tuy vậy, câu hỏi đặt ra là: một mẫu hóa học có khả năng tiến hóa trở nên phức tạp hơn hay phương thức phức hợp có khả năng sử dụng năng lượng để biến những hóa chất đơn giản trở thành những hợp chất hữu cơ phức tạp.
Trong giả thuyết RNA, chuỗi axit rinonucleic trôi nổi tự do (RNA) đã tạo điều kiện cho những quá trình được coi là tiền thân của sự sống, trong đó polymer đóng vai trò ở cả mẫu thông tin dạng sơ khai và nhà máy hóa chất.
Tuy nhiên, giả thuyết này có một điểm hạn chế là RNA không thể thực hiện công việc của mình nếu nó không có nguồn năng lượng – một sản phẩm của hàng loạt chuỗi phản ứng hóa học mà chúng ta cho là dạng sơ khai của quá trình chuyển hóa.
Và một vấn đề nữa là phân tử RNA có chứa phosphate – một phân tử bị khóa chặt trong môi trường sống và khó có thể tham gia vào các tổ hợp hữu cơ.
Còn giả thuyết “tiền sự sống” cho rằng hình dạng sơ khai của quá trình trao đổi chất hóa học lấy năng lượng từ bên ngoài môi trường dưới dạng nhiệt hoặc ánh sáng rồi chuyển nó từ chuỗi phản ứng hóa học này sang chuỗi phản ứng hóa học khác trong hợp chất hữu cơ bị trói buộc bởi các màng tế bào.
Sau cùng cơ chế trao đổi chất nguyên thủy sẽ kết hợp với RNA trước khi tìm được cách trú ẩn bên trong những tế bào chất béo đơn lẻ.
Tuy nhiên, cơ chế trao đổi chất trong các tổ chức hiện tại thì lại phụ thuộc nhiều vào các hợp chất như ATP, NADP có chứa phân tử phosphate.
Tuy nhiên, các nhà khoa học đã tìm ra cách thức trao đổi chất mới dựa trên phân tử có khả năng sử dụng lưu huỳnh – một chất đầy rẫy ở đại dương trên Trái đất vài tỉ năm trước.
“Nghiên cứu này cho thấy những nỗ lực tìm hiểu về nguồn gốc cuộc sống sau này nên tính tới khả năng những quá trình biến đổi dựa vào phosphate có thể chưa xuất hiện khi quá trình tạo ra sự sống đã bắt đầu nhen nhóm” – nhà khoa học Daniel Segre thuộc Đại học Boston cho hay.
Ý tưởng về việc lưu huỳnh là thành tố chính trong quá trình trao đổi chất thưở sơ khai không phải là mới, tuy nhiên trước đây các nhà khoa học không tìm được chứng cứ xác thực rằng những quá trình trảo đổi chất giai đoạn đầu đã tạo ra được một mạng lưới trao đổi chất nguyên thủy phong phú và có sự liên kết cao độ.
Để chứng minh được điều này, Segre và đồng nghiệp đã sử dụng hệ thống tính toán sinh học bằng máy tính – một cách thức tiếp cận dựa trên lý thuyết, sử dụng các công thức mô hình toán học để tìm hiểu sự đa dạng của các phản ứng hóa sinh, từ đó tìm ra được 8 hợp chất không chứa phosphate vốn rất nhiều ở các đại dương cổ đại.
Sau đó, các nhà khoa học đã ứng dụng thuật toán để mô phỏng quá trình chuyển hóa nguyên thủy dựa vào các chất hóa học như sắt sunfua, các hợp chất chứa lưu huỳnh gọi là thioesters từ đó đánh giá số lượng các phản ứng có thể xảy ra.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng một mạng lưới chính bao gồm 315 phản ứng với 260 chất chuyển hóa có thể hỗ trợ cho sự ra đời của hàng loạt các hợp chất hữu cơ cần thiết cho sự sống, trong đó có amino acids và carboxylic axit.
Phát hiện này có thể chưa phải là chứng cứ đủ mạnh để chứng minh một hợp chất không có phosphate chính là khởi nguồn của sự sống, nhưng nó đã góp phần khẳng định rằng có thể cuộc sống không nổi lên từ các chất hóa học mà sinh vật cần dựa vào.