Những giả thuyết về nguồn gốc bắt đầu sự sống trên Trái đất

Sự sống trên Trái đất được cho là bắt nguồn vào khoảng 4 tỷ năm trước nhưng đến nay các nhà khoa học vẫn còn chưa có bằng chứng chính xác về nguồn gốc thúc đẩy sự sống "đâm chồi" trên hành tinh này.

Trái đất hình thành khoảng 4,6 tỷ năm trước và trong vài trăm triệu năm sau đó, do bề mặt hành tinh quá nóng và luôn bị các sao chổi cùng tiểu hành tinh va chạm dữ dội khiến không dạng sống nào có thể hình thành.

 Nguồn gốc của sự sống trên Trái đất vẫn là câu hỏi chưa có đáp án chính xác. (Nguồn: Trung tâm nghiên cứu Ames thuộc NASA).

Tuy vậy, khoảng một tỷ năm sau, sự sống không chỉ tồn tại mà còn để lại bằng chứng về sự hiện diện của nó dưới dạng thảm vi sinh vật hóa thạch.

Vậy những gì đã xảy ra trong quãng thời gian đó khiến sự sống nảy sinh? Các nhà khoa học đã đưa ra một số giả thuyết về cách sự sống xuất hiện giữa điều kiện khắc nghiệt như vậy.

1. Sự sống bắt nguồn do sét đánh

Jim Cleaves, Trưởng khoa hóa học tại Đại học Howard và đồng tác giả cuốn “Lược sử sáng tạo: Khoa học và tìm kiếm nguồn gốc sự sống,” lưu ý rằng các điều kiện khí quyển vào thời điểm sự sống xuất hiện rất khác so với điều kiện hiện nay.

Ông giải thích, vào những năm 1950, nhà hóa học đoạt giải Nobel Harold Urey đã lưu ý rằng hầu hết bầu khí quyển trong hệ Mặt Trời bị thống trị bởi khí nitơ và metan.

Urey cho rằng Trái đất sơ khai cũng có loại bầu khí quyển này và đây là tiền đề để tạo ra các hợp chất hữu cơ, có thể là khởi nguồn của sự sống.

Cleaves giao nhiệm vụ cho sinh viên nghiên cứu là Stanley Miller phát triển một thí nghiệm để kiểm tra lý thuyết này, tạo ra một hệ thống khép kín, trong đó nước được đun nóng và kết hợp với các phân tử hydro, metan và amoniac.

Sau đó, phản ứng hóa học được kích hoạt bằng điện (tượng trưng cho tia sét) và được làm lạnh để hỗn hợp ngưng tụ và rơi trở lại, giống như mưa.

Kết quả thật đáng kinh ngạc. Trong vòng một tuần, “đại dương” thử nghiệm đã chuyển sang màu nâu đỏ do các phân tử kết hợp với nhau để tạo ra axit amin, nền tảng của sự sống.

 Nguồn gốc sự sống trên Trái đất có thể bắt nguồn từ nhiều nguyên nhân. (Nguồn: National Geographic).

Nghiên cứu sau đó đã chỉ ra rằng bầu khí quyển ban đầu của Trái đất hơi khác so với thí nghiệm do Miller tiến hành và thành phần chính là nitơ và carbon dioxide, với hydro và metan hiện diện với số lượng nhỏ hơn.

Tuy nhiên, các nguyên tắc được Miller thực hiện trong thí nghiệm nhìn chung vẫn có cơ sở, với việc sét kết hợp với các vụ va chạm thiên thạch và bức xạ cực tím từ Mặt Trời để tạo ra hydro xyanua, sau đó phản ứng với sắt do nước đưa lên từ lớp vỏ Trái đất để tạo thành các hóa chất như đường.

Những hóa chất này có thể kết hợp với nhau để tạo ra các sợi axit ribonucleic, hay RNA, thành phần quan trọng của sự sống giúp lưu trữ thông tin; tại một thời điểm nào đó, các phân tử RNA bắt đầu tự sao chép và sự sống có thể tồn tại.

2. Sự sống ban đầu được mang đến Trái đất từ ngoài vũ trụ

Theo một lý thuyết khác, các axit amin, cũng như một số thành phần quan trọng khác của sự sống như carbon và nước, có thể đã được đưa đến Trái đất sơ khai từ ngoài vũ trụ.

Người ta đã phát hiện sao chổi và thiên thạch có chứa một số phân tử hữu cơ và việc chúng va chạm với Trái đất có thể đã làm tăng lượng axit amin sẵn có.

Theo nhà hóa học đoạt giải Nobel Jack Szostak thuộc Đại học Chicago, các tác động của tiểu hành tinh và sao chổi gần như chắc chắn là không thể thiếu.

Ông lưu ý rằng bầu khí quyển ban đầu chứa nitơ và carbon dioxide sẽ ít có lợi cho một số phản ứng hóa học trong quá trình kết hợp hydro, metan và amoniac của Miller; tuy nhiên, một tác động ở quy mô vừa phải có thể tạm thời tạo ra hydro và metan trong khí quyển, cho phép tạo ra sự thay đổi tạm thời các điều kiện tạo hợp chất phù hợp với sự sống.

3. Sự sống ẩn mình trong đại dương trên Trái đất

Một giả thuyết khác cho rằng sự sống có thể đã bắt đầu sâu dưới đại dương, xung quanh các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển, nhưng Szostak bác bỏ giả thuyết này.

Theo ông này, nhiều phản ứng hóa học để tạo ra nucleotide và RNA - nhân tố để hình thành sự sống - cần phải có chất xúc tác từ bức xạ tia cực tím từ Mặt Trời.

Do đó, sự sống không thể bắt nguồn từ dưới đại dương sâu thẳm - nơi ánh nắng Mặt Trời không thể xuyên tới. Tuy nhiên, gần như chắc chắn rằng sự sống đã bắt đầu từ nước.

Szostak lập luận rằng nhiều khả năng sự sống đã được hình thành “trên bề mặt, có thể là ở các ao cạn hoặc suối nước nóng: loại môi trường rất phổ biến xung quanh các địa điểm va chạm với thiên thạch hoặc vùng núi lửa".

 Cho tới nay, Trái đất là hành tinh hiếm hoi xuất hiện sự sống trong vũ trụ. (Nguồn: Earth)

Có thể tất cả sự sống trên Trái đất ngày nay đều có chung một tổ tiên, một dạng sống vi sinh vật chưa được biết đến có lẽ đã biến mất từ lâu, nhưng bản thân sự sống có thể đã bắt đầu vào nhiều thời điểm thông qua các con đường khác nhau, bị hủy diệt bởi các vụ va chạm với sao chổi hoặc đơn giản là không thể thích nghi, cho đến khi phân tử dựa trên RNA vốn là tổ tiên của tất cả chúng ta được hình thành.

Cuộc sống ban đầu vẫn còn bí ẩn

Nếu điều đó thực sự xảy ra - nếu sự sống bắt đầu và tàn lụi nhiều lần trước khi nó bén rễ - thì chúng ta gần như chắc chắn sẽ không bao giờ biết được điều gì có thể xảy ra, vì những dạng sống giả định như vậy không để lại dấu vết về sự tồn tại của chúng.

Sự sống có thể đã đi theo một con đường tiến hóa rất khác, một con đường sẽ không dẫn đến sự hình thành cây cối, khủng long hay con người.

Nhà khoa học này nhận định: “Sự sống là một hệ thống phức tạp đến mức vi khuẩn hoặc virus đơn giản nhất cũng có hàng nghìn bộ phận. Thật khó hiểu làm thế nào mà một quá trình phức tạp như thế lại có thể xuất hiện bất ngờ. Và câu trả lời là không phải vậy. Nó xảy ra từng bước một”.

• Quá trình hình thành và tiến hóa của sự sống trên Trái đất
• Nghiên cứu gây sốc về nguồn gốc sự sống trên Trái đất
• Phát hiện bằng chứng 4 tỷ năm về sự sống trên Trái đất