Quay ngược thời gian cách đây 3 hoặc 4 tỉ năm thì Trái đất là một nơi khô cằn, nóng bức và không có sự sống. Tất cả đều tĩnh lặng. Hoàn toàn bất ngờ, một thiên thạch lao sầm xuống một sa mạc hoang vắng với tốc độ trên 10.000 dặm/giờ. Vụ va chạm khủng khiếp này có lẽ đã gieo mầm sự sống trên Trái đất.
Trong một bài báo cáo tại buổi họp quốc gia lần thứ 235 của Cộng đồng Hóa học Mỹ (ACS) , Tiến sĩ Ronald Breslow, Giảng viên tại Đại học Columbia và là cựu Chủ tịch ACS, đã miêu tả lại bằng cách nào amino acid đến từ vũ trụ.
Các chuỗi amino acid tạo nên protein ở người, thực vật và các dạng sống khác trên Trái đất. Có hai hướng amino acid, trái và phải, ngược nhau như vật thể và ảnh phản chiếu trong gương, hoặc giống như tay trái và tay phải. Điều này được gọi là “đối xứng bàn tay”. Các protein phải chứa một trong hai dạng đối xứng amino acid, trái hoặc phải, thì sự sống mới hình thành.
“Nếu đảo lộn tính đối xứng, đặc tính của một loại protein sẽ thay đổi rất nhiều. Sự sống không thể tồn tại nếu dựa trên sự sắp xếp hỗn loạn của loại vật chất này.”
Loại amino acid tay trái “L-amino acid” chiếm đa số trên Trái đất, chỉ có vài trường hợp ngoại lệ của những vi khuẩn hình thành dựa trên amino acid tay phải. Vị giảng viên môn hóa học tại Đại học Columbia cho rằng cú va chạm với một thiên thạch đã đem amino acid đến Trái đất, đặc biệt là các đơn vị protein tay trái trên.
Một mô hình ri-bô-sôm (các bán đơn vị màu trắng và tím) đang xử lý một loại amino acid (màu xanh lục). (Ảnh: Courtesy Los Alamos National Laboratory)
“Những thiên thạch này đem lại cái mà tôi gọi là ‘hạt giống của sự đối xứng bàn tay’. Nếu tồn tại một vũ trụ là hình ảnh phản chiếu của vũ trụ mà chúng ta biết thì tôi tin nó sẽ có những amino acid tay phải. Đấy là lý do tôi vẫn nửa đùa nửa thật rằng có người ở phía bên kia vũ trụ có tim nằm bên phải.”
Những “hạt giống” amino acid này hình thành trong khoảng không giữa các hành tinh, có lẽ là trên những hành tinh nhỏ khi chúng lao đi trong không trung. Khởi đầu, chúng có lượng amino acid trái phải bằng nhau. Nhưng khi những khối đá này phóng ngang qua những ngôi sao neutron, tia sáng của các ngôi sao phá hủy có chọn lọc một loại amino acid. Những ngôi sao này tỏa ra thứ ánh sáng bị phân cực theo đường tròn – theo một hướng thì tia sáng của nó phân về bên phải. Quay 180 độ hướng bên kia thì sao tỏa ra ánh sáng phân cực trái.
Tất cả các thiên thạch rơi xuống Trái đất đều chịu quá mức một trong hai loại tia sáng phân cực này. Breslow cho biết những thí nghiệm trước đó đã khẳng định rằng ánh sáng phân cực đường tròn phá hủy chọn lọc một loại hình đối xứng của amino acid. Kết quả là con số thừa từ 5-10% dạng L-amino acid, tức amino acid tay trái. Bằng chứng của sự thừa amino acid tay trái này nằm trên bề mặt của những thiên thạch này, thậm chí khi chúng va vào Trái đất trong vòng 100 năm gần đây ở Australia và bang Tennesse (Mỹ).
Breslow đã mô phỏng lại những gì xảy ra sau khi lớp bụi của cú va chạm lắng xuống, khi amino acid trên thiên thạch tan lẫn vào nước sơ khai. Dưới những “điều kiện trước sự sống tuyệt vời” này – nhiệt độ cao như ở sa mạc và một ít nước – ông đưa tiền thân hóa chất amino acid vào những amino acid tìm thấy được trên các thiên thể.
Breslow và nghiên cứu sinh Đại học Columbia Mindy Levine phát hiện những amino acid vũ trụ có thể chuyển đổi trực tiếp tính đối xứng bàn tay thành dạng amino acid đơn nằm trong các sinh vật hiện nay. Cho đến giờ, nhóm của Breslow là nhóm đầu tiên chứng minh được sự chuyển đổi chiều tay này có thể xảy ra dưới những điều kiện trên.
Trên Trái đất trước khi sự sống hình thành, sự chuyển đổi này để lại lượng thừa amino acid tay trái. Thí nghiệm kế tiếp của ông là tái tạo lại loại hóa chất dẫn đến sự tăng nhanh và cuối cùng là thống trị của amino acid tay trái. Ông bắt đầu với lượng thừa 5% một dạng amino acid trong nước và hòa tan nó.
Breslow phát hiện rằng cả amino acid tay trái và tay phải sẽ kết hợp với nhau khi chúng kết tinh khỏi nước. Amino acid tay trái tách khỏi dung môi khi nước bốc hơi, khiến cho lượng amino acid tay trái trong dung môi tăng lên. Cuối cùng, lượng amino acid thừa trở nên phổ biến vì nó được các sinh vật sống chọn lọc sử dụng.
Những giả thiết khác đã được đặt ra để giải thích cho sự thống trị của L-amino acid. Ví dụ, một giả thiết cho rằng ánh sáng phân cực của sao neutron đã đến được Trái đất và trực tiếp hủy hoại amino acid tay phải. Theo Breslow “Nhưng chứng cứ rõ ràng lại cho thấy những vật chất này đang được hình thành ngoài không gian và đến được Trái đất nhờ vào thiên thạch.”
Các bước kế tiếp dẫn đến sự hình thành sự sống vẫn còn là bí ẩn. Breslow hy vọng sẽ tìm hiểu được Trái đất trước khi hình thành sự sống khi chuyển mối quan tâm của mình sang acid nu-clê-ic, đơn vị hóa học của ADN và người họ hàng sơ khai hơn là ARN.
“Công trình này liên quan đến khả năng có sự sống tồn tại ở nơi nào đó (ngoài Trái đất). Mọi thứ đang diễn ra trên Trái đất bắt nguồn từ những thiên thạch vô tình đáp xuống đây. Chúng chắc chắn cũng rơi xuống những nơi khác. Nếu có một hành tinh có nước và tất cả những điều kiện cần cho sự sống thì ta sẽ có một tiến trình tương tự diễn ra.”