Tìm thấy dấu hiệu sự sống gần Trái Đất: Giới khoa học phải xem lại định nghĩa về dạng sống?

Trả lời câu hỏi “Loài người không cô đơn trong vũ trụ?” trở thành vấn đề không nguôi của giới khoa học.

Đối với nhân loại, kể từ khi thực hiện những bước đi vươn mình ra ngoài vũ trụ vào những thập niên 1950, 1960 thì hành trình tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh và người ngoài hành tinh là sứ mệnh chưa bao giờ ngừng nghỉ cho đến tận ngày nay. Câu hỏi: “Loài người không cô đơn trong vũ trụ?” vì thế cũng trở thành vấn đề đau đáu của loài người trên hành tinh xanh.

Không chỉ thiết kế/chế tạo những phi thuyền mới thực hiện sứ mệnh đi tìm những vùng đất mới; những “mắt thần” khổng lồ (kính viễn vọng) liên tục được cải tiến và du hành vào không gian vũ trụ để nhận dạng những ngoại hành tinh siêu Trái Đất… các nhà khoa học còn liên tục tìm tòi những chìa khóa để tìm được bằng chứng chứng minh người ngoài hành tinh tồn tại.

Theo công bố mới nhất của các nhà khoa học trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ (PNAS) thì: Cấu trúc phân tử 3,5 tỷ năm có thể là “chìa khóa vàng” giúp con người tìm kiếm sự sống và người ngoài hành tinh.

Một phân tử Trái Đất thời tiền sử nhỏ bé có thể mở đường cho việc tìm kiếm sự sống trong vũ trụ – Đó là kết quả của một nghiên cứu mới mô tả chi tiết các phân tử lâu đời nhất từng được tìm thấy chịu trách nhiệm cho quá trình trao đổi chất.

Nghiên cứu không chỉ gợi ý về một số khối xây dựng cổ xưa nhất cho mọi sự sống trên Trái Đất mà còn cung cấp nền tảng cho các tín hiệu hóa học có thể giúp chúng ta tìm thấy sự sống trong không gian trong tương lai.

Trong báo cáo khoa học do đội ENIGMA (thuộc Đại học Rutgers, bang New Jersey, Mỹ) và các nhà khoa học NASA đã trình bày chi tiết về sự tiến hóa của protein từ 3,5 tỷ năm trước.

Chuyển hóa protid về cơ bản là chuỗi các axit amin chuyển đổi chất dinh dưỡng thành năng lượng trong bất kỳ sinh vật sống nào.

“Chúng giống như những cỗ máy tí hon và chúng tôi gọi chúng với cái tên “những cỗ máy protein cỡ nano”. Chúng hoạt động như các tín hiệu hóa học trong cơ thể chúng ta, giúp tiêu hóa thức ăn, vận chuyển huyết sắc tố và oxy đi khắp cơ thể” – Giáo sư Vikas Nanda thuộc nhóm tác giả cho biết.

Để hiểu được nguồn gốc sự sống trên Trái Đất, các nhà nghiên cứu đã tái tạo lại các protein giống như gần 4 tỷ năm trước – một kỳ tích phức tạp vì khoa học chưa từng tìm thấy hóa thạch vào thời điểm đó.

“Nhưng khi các sinh vật tiến hóa và thích nghi qua nhiều năm, các nhà nghiên cứu có thể tìm đến trình tự gen để theo dõi lượng protein đã thay đổi trong suốt 10 triệu năm. Nhưng khi đạt đến một tỷ năm, các chuỗi không còn hữu ích bởi vì có rất nhiều thay đổi mà bạn thậm chí không thể nhận ra.

Vì vậy, thay vào đó, nhóm nghiên cứu đã xem xét hình dạng chứ không phải chuỗi các chuỗi axit amin để tìm manh mối. Những hình dạng và nếp gấp này có khả năng thay đổi linh hoạt hơn các chuỗi protein, điều đó có nghĩa là chúng có thể tiết lộ những protein có thể trông như thế nào khi chúng lần đầu tiên xuất hiện trên Trái Đất.” – Giáo sư Vikas Nanda giải thích.

Sử dụng dữ liệu từ Ngân hàng Dữ liệu Protein, Vikas Nanda và nhóm của ông đã sử dụng mô hình máy tính để tìm kiếm các mẫu để xác định các chức năng phổ biến.

“Nếu bạn nhìn thấy một chiếc xe đạp, rồi xe hơi và xe lửa… bạn sẽ nhận thấy chúng có 1 điểm chung là đều có bánh xe. Vì thế, có thể kết luận rằng bánh xe là hình dạng được bảo tồn, tái sử dụng và có chức năng tương tự trong tất cả các trường hợp đó. Điều tương tự cũng áp dụng cho protein: Các tính năng phổ biến của protein có thể tiết lộ các tính năng của protein tổ tiên này.

Hình ảnh cho thấy hình dạng của một trong những protein sớm nhất trong quá trình trao đổi chất. Nguồn: Giáo sư Vikas Nanda / Đại học Rutgers (Mỹ).

Và điểm chung đã xuất hiện: Các nhà nghiên cứu tập trung vào 2 xoắn Ferredoxin [chức năng: Liên kết các hợp chất sắt-lưu huỳnh và dịch chuyển các electron xung quanh để quá trình trao đổi chất diễn ra] – và xoắnn Rossmann [có liên quan đến việc tạo ra].

Cả hai chuỗi xoắn này đều có nguồn gốc từ xa xưa. Và nếu phát hiện này là đúng, chúng có thể là gốc rễ của sự trao đổi chất – quá trình thiết yếu cho sự sống và là một dấu hiệu tiềm năng cho sự sống ở các thế giới khác.

Việc hiểu cách hình dạng protein phát triển trong quá trình sống trên Trái Đất có thể giúp thúc đẩy tương lai của ngành sinh vật học. Cuối cùng, điều này có thể giúp chúng ta tìm kiếm sự sống ở nơi khác, nhóm tác giả hy vọng.

Tuân theo nguyên tắc này có thể giúp loài người chúng ta tìm kiếm các môi trường tương tự trong các hành tinh khác như một phương tiện để đánh giá khả năng xuất hiện sự sống trong một hành tinh nhất định. Có nguồn gốc sự sống trên hành tinh của chúng ta, sau đó chúng ta có thể ngoại suy điều đó sang thế giới khác. Và đó là mục tiêu của nhóm ENIGMA.

Ảnh minh họa: Internet

Nhóm của giáo sư Vikas Nanda hợp tác với các nhà khoa học hàng đầu của NASA để thử và xác định sự sống trên các hành tinh và các mặt trăng khác.

Bước đầu, nghiên cứu này đang ở dạng mô hình. Bước tiếp theo của các nhà khoa học là thử và xây dựng các protein cổ xưa này trong phòng thí nghiệm và xem liệu những phát hiện này có được thực hiện hay không.

“Sự trao đổi chất trong một cơ thể sống sẽ không chỉ là một protein. Có hàng ngàn protein đang tương tác với nhau. Nếu chúng ta tìm thấy các peptide (những hợp chất chứa từ 2 đến 50 axit amin) hoặc protein trong vật liệu liên sao từ các tiểu hành tinh hoặc các mặt trăng khác trong Hệ Mặt Trời; hoặc nếu các peptide đó có một số tính chất hóa học giống như các chất mà chúng ta đang tạo ra trong phòng thí nghiệm, thì đó sẽ là một dấu hiệu khá mạnh mẽ rằng chúng có chức năng sinh học. Có một chức năng sinh học đồng nghĩa với việc có dấu hiệu của một quá trình sống đang diễn ra.” – các nhà khoa học NASA diễn giải trong bài báo cáo khoa học.

Trong một nghiên cứu mới nhất đăng trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu cho rằng địa hình hỗn loạn của sao Thủy có thể đã từng lưu giữ sự sống. Dù rằng các điều kiện nghiên cứu cho thấy thật khó để hiểu làm thế nào hành tinh này có thể được mô tả là “vùng có thể ở được” (“habitable zone”).

Ranh giới được cho là “vùng có thể ở được” trong Hệ Mặt Trời. Nguồn: Sean Raymond

Là hành tinh gần Mặt Trời nhất, sao Thủy có nhiệt độ cực cao, không giống như bất cứ điều gì chúng ta biết trên Trái Đất. Vào ban ngày, nhiệt độ của hành tinh này lên tới 430 độ C, trong khi đó, ban đêm thì hạ nhiệt một cách khủng khiếp xuống âm 180 độ C.

Hành tinh này cũng có bầu khí quyển rất mỏng, không có áp suất không khí, chịu đựng bức xạ Mặt Trời cực mạnh và một ngày rất dài (một ngày trên sao Thủy tương đương với 59 ngày Trái Đất).

Do đó, theo tiêu chuẩn sống của Trái Đất thì sao Thủy không phải là hành tinh thích hợp cho sự sống.

NHƯNG…

Nghiên cứu mới của các nhà khoa học thuộc Viện Khoa học Hành tinh (Mỹ) lại khẳng định khác, lập luận rằng một số phần của lớp dưới bề mặt của sao Thủy, ít nhất là tại một thời điểm, có khả năng thúc đẩy hóa học tiền sinh học, và có thể tồn tại một dạng sống đơn giản.

Kết quả cho thấy chúng ta cần suy nghĩ lại về một “hành tinh có thể ở được” trông như thế nào, vì rất có thể các hành tinh được cho là “không thể ở được” (theo tiêu chuẩn của Trái Đất) trong vũ trụ cũng có thể có khả năng lưu trữ sự sống.

Sử dụng bộ dữ liệu của hai phi thuyền của NASA đã ghé thăm sao Thủy là Mariner 10 (năm 1974 và 1975) và MESSENGER (năm 2004), ngoài việc nhận định bề mặt sao Thủy có địa hình đất đá, các nhà khoa học chú ý đến bồn địa Caloris – một trong những hố va chạm lớn nhất Hệ Mặt Trời – bằng chứng cho thấy hành tinh này bị thiên thạch và sao chổi bắn phá dữ dội.

Khi so sánh địa hình bồn địa Caloris với bề mặt sao Thủy, các nhà khoa học nhận ra rằng, có vẻ như bề mặt của sao Thủy vẫn đang trong quá trình hình thành như 1,8 tỷ năm trước – khoảng 2 tỷ năm sau khi Caloris xuất hiện.

Địa hình hỗn loạn, được vạch ra trong màu trắng, có thể là đầu mối của sự sống trên sao Thủy. Nguồn: Scientific Reports

Giải thích cho điều này, các nhà khoa học đưa ra đề xuất: Cảnh quan được tạo ra bằng cách loại bỏ các chất bay hơi lớp vỏ trên, là một loại hợp chất hóa học. Điều đó có nghĩa là sao Thủy từng có lớp vỏ dày, giàu hóa chất kéo dài sâu vài km.

Nếu điều này đúng, thì phần dưới bề mặt của sao Thủy có thể có khả năng lưu trữ hóa học prebiotic tại một số thời điểm trong những năm đầu của hành tinh non trẻ – từ đó có thể chứa những dạng sống đơn giản dưới bề mặt hành tinh.

Phát hiện này thách thức tiêu chuẩn về một “hành tinh có thể ở được” bấy lâu này của chúng ta. Đồng thời đặt ra câu hỏi: Những hành tinh như thế có thể tồn tại những dạng sống khác biệt như thế nào so với Trái Đất?

Các nhiệm vụ của NASA như kính viễn vọng Kepler và TESS đã và đang săn lùng các ngoại hành tinh có thể ở được bên ngoài Hệ Mặt Trời, với một số ứng cử viên đầy triển vọng cho đến nay.

Bài viết sử dụng nguồn: Inverse