Một thìa carbon, một giọt hydro và một chút xyanua - đây có thể là một đoạn mã của công thức tạo ra các khối cơ bản xây dựng nên sự sống. Vâng, bạn đã đọc đúng tên của nó: Hóa chất cực độc xyanua.
Trong tiến trình lịch sử, xyanua xứng đáng được coi là một chất cực kỳ độc hại. Nó được sử dụng như một vũ khí sinh học từ cuộc chiến tranh Pháp-Phổ vào cuối những năm 1800, cho đến cả hai cuộc Thế chiến và một số bằng chứng ủng hộ vai trò của nó trong cuộc chiến tranh Iran-Iraq. Nó thậm chí đã thấm nhuần vào văn hóa đại chúng, khi xuất hiện trong các bộ phim hay truyện tranh nổi tiếng khi thường được dùng bởi các mật vụ, hay những người đắn đo trước lựa chọn giữa việc phản bội và cái chết.
Chất độc xyannua khá phổ biến trong văn hóa đại chúng, đặc biệt là truyện tranh.
Nhưng trong một bài báo được xuất bản mới đây trên tạp chí Nature, một nhóm các nhà hóa học cho rằng mặc dù xyanua thường kết thúc sự sống như chúng ta đã biết, nhưng nó có thể đã giúp phát triển sự sống từ thời thuở sơ khai của Trái đất, khoảng 4 tỷ năm trước. Hồi đó, thế giới trông rất khác bây giờ. Ví dụ, oxy chúng ta hít thở vẫn chưa tồn tại.
“Cyanide là chất độc đối với các cơ chế sinh học mà chúng ta đang nghiên cứu ngày nay", Ramanarayan Krishnamurthy, nhà hóa học tại Viện nghiên cứu Scripps ở California và là tác giả chính của nghiên cứu cho biết. "Nhưng nó có thể không độc nếu tự nhiên biết cách xử lý".
Trong phòng thí nghiệm, về cơ bản, ông và các nhà nghiên cứu đã trộn với nhau một loạt các phân tử có trên Trái đất ở thuở sơ khai và sau đó cho một ít xyanua vào.
Trớ trêu thay, thứ nguy hiểm đã giúp tổng hợp các thành phần đơn giản nhất của sự sống - trong các điều kiện phản ứng vừa phải và tương đối ít bước. Tất cả đều đơn giản một cách đáng ngạc nhiên.
“Kiểu đó đôi khi khiến bạn sợ hãi, khi nó quá đơn giản", Krishnamurthy nói. "Chúng tôi đã kiểm tra điều này bởi ba hoặc bốn người khác nhau để đảm bảo rằng chúng tôi đã có những diễn giải chính xác".
Nhóm nghiên cứu cho biết cơ chế độc đáo của nó đánh dấu "sự trình diễn đầu tiên" của loại con đường sinh học này dẫn tới nguồn gốc của sự sống - và một cơ chế đơn giản hơn nhiều so với cơ chế không độc hại, được chấp nhận rộng rãi của nó, đòi hỏi các điều kiện phản ứng khắc nghiệt, các bước phức tạp và sự tin tưởng.
Điều gì thực sự đã xảy ra 4 tỷ năm trước?
Chúng ta không thể biết điều gì đã xảy ra từ thuở sơ khai, nhưng...
Từ lâu, các chuyên gia đã tin rằng trong các đại dương sơ khai của Trái đất là một nồi "súp nguyên thủy", bao gồm một thùng chứa của nhiều phân tử khác nhau xoáy trộn liên tục. Và "món hầm nguyên tố" này đã buộc các phân tử tương tác và tạo thành các hợp chất phức tạp, sau đó trộn lẫn, và nhiều bước sau đó, tạo ra các sinh vật đơn giản. Cách thức này sau đó đã tạo ra mọi thứ, bao gồm cả chúng ta.
Một tính năng quan trọng trong câu chuyện này là chu trình axit tricarboxylic khử, hoặc chu trình r-TCA. Quy trình sinh học tám bước này sử dụng protein để tạo thành các hợp chất duy trì sự sống. Nói tóm lại, nó được coi là cần thiết cho cuộc sống ngày nay, vì vậy các chuyên gia cho rằng nó có khả năng quan trọng đối với sự sống từ rất lâu trước đây, và đã biến mất trong món súp nguyên thủy.
Nhưng vấn đề là môi trường sơ khai của Trái đất không lý tưởng cho r-TCA. Oxy không có khi Trái đất còn quá trẻ, và cũng không phải là các protein thúc đẩy chu kỳ. Các nhà khoa học thường nói rằng một số kim loại nhất định có thể khiến mọi thứ diễn ra, nhưng điều đó cần phải có những điều kiện khắc nghiệt, chẳng hạn như nhiệt độ siêu cao.
Nhà hóa học Krishnamurthy giải thích rằng rất nhiều điều kiện đó không chỉ tồn tại trên Trái đất sơ khai mà còn ngăn cản các nhà khoa học từng bước bắt chước tái tạo r-TCA cổ đại trong phòng thí nghiệm. Các nhà hóa học phải sắp xếp mọi thứ lại với nhau, áp dụng các điều kiện, chờ đợi và quan sát.
Trong khi các thí nghiệm như vậy tạo ra các hợp chất r-TCA, rất khó để chứng minh chúng thực sự đến từ chu trình. Về cơ bản, không rõ liệu r-TCA có thực sự xảy ra cách đây 4 tỷ năm hay không.
Trong một nỗ lực để chứng minh một chu trình khử thay thế tạo ra các hợp chất khởi động sự sống, Krishnamurthy đã tiến hành thí nghiệm với xyanua thay cho các kim loại đầy rắc rối. Đáng chú ý, ông nhận thấy các phân tử đi theo con đường tương tự như r-TCA, từng bước một, nhưng với ít giai đoạn tổng thể hơn và trong điều kiện nhẹ nhàng hơn nhiều.
Nó dường như kể câu chuyện về sự sống sơ khai của Trái đất theo một cách dễ dàng hơn, một cách đáng kể.
Mặc dù vậy, các nhà nghiên cứu đang xem xét kết quả của họ chỉ bằng một hạt muối giữa đại dương. Krishnamurthy nói: "Xyanua được cho là đã có mặt trên Trái đất sơ khai, mặc dù không có bằng chứng trực tiếp nào về điều đó vì nó là một phân tử phản ứng có thể đã được tiêu thụ".
Theo nhà hóa học Krishnamurthy, hãy thôi giả định về sinh học và hãy cứ xem mọi thứ được tạo ra như thế nào theo nhiều cách.
Krishnamurthy cũng vẽ ra một sự tương tự về cách diễn giải khái niệm này.
Hãy tưởng tượng đưa ai đó từ một ngôi làng xa xôi, người chỉ biết xây nhà bằng gạch và một vài người thợ xây đến thành phố New York. Họ sẽ kinh ngạc nhìn lên những tòa nhà chọc trời và có lẽ sẽ hỏi bạn làm thế nào mà những tòa tháp kim loại này có thể được tạo ra.
Tất nhiên, điều họ không biết là những tòa nhà chọc trời này không được làm từ gạch và chắc chắn không phải bởi một nhóm nhỏ công nhân xây dựng. Chúng được làm từ thép, sử dụng cần cẩu và các thiết bị khổng lồ.
“Thứ chúng tôi đang xem xét về sinh học, đó là tòa nhà khổng lồ, đẹp đẽ này", Krishnamurthy nói. "Nhưng chúng tôi không biết nó được xây dựng như thế nào và những gì đã có trước đó cho phép nó xảy ra".
Theo ông, nếu có đủ xyanua trên Trái đất thuở sơ khai, sự sống rất có thể mắc nợ thứ mà ngày nay chúng ta đã chấp nhận là chất độc. Và tiến xa hơn một bước nữa, nếu các sinh vật ngoài trái đất tồn tại trên các hành tinh khác, có lẽ xyanua cũng đã "nhúng tay vào".
“Chúng tôi đang muốn để hóa học cho biết mọi thứ xảy ra thế nào", Krishnamurthy nói. "Thay vì giả định rằng chúng ta đã biết quá trình sinh học diễn ra thế nào từ 4 tỷ năm trước. Không, rõ ràng là chúng ta không biết gì hết về thời điểm đó".