Thiên thạch có thể mang những nguyên liệu đầu tiên của sự sống đến Trái Đất?

Trong một số thiên thạch giàu carbon, các nhà hóa học đã tìm thấy axit amin và những bazơ xuất hiện trong DNA. Các chất này giống nguyên liệu của sự sống đến mức làm nảy sinh một câu hỏi khó tránh: chúng thật sự hình thành ngoài không gian, hay chỉ ngấm vào thiên thạch sau khi rơi xuống Trái Đất? [1]

Những dấu hiệu về đồng vị và cấu trúc phân tử khiến khả năng có nguồn gốc ngoài Trái Đất trở nên đáng xem xét. Tuy nhiên, điều đó mới cho thấy không gian có thể cung cấp nguyên liệu hóa học, chứ chưa phải bằng chứng rằng sinh vật từng sống trong thiên thạch hoặc sự sống đã được mang nguyên vẹn đến hành tinh chúng ta. [1]

Vì sao nguy cơ nhiễm bẩn là câu hỏi đầu tiên?

Một thiên thạch nằm trên mặt đất không còn là mẫu vật hoàn toàn tách biệt. Nếu vi sinh vật hoặc phân tử hữu cơ trong môi trường xâm nhập vào các khe nứt, những chất được phát hiện sau đó có thể mang dấu vết của Trái Đất. Vì vậy, chỉ riêng việc tìm thấy axit amin hay bazơ trong DNA không đủ để xác định nơi chúng ra đời. [1]

Một trường hợp được mô tả tại địa điểm thu hồi thiên thạch ở Nam Cực đã cung cấp manh mối quan trọng: lớp băng xung quanh không cho thấy dấu vết của vi khuẩn hoặc các phân tử sinh học tự do. Kết quả này làm khả năng nhiễm bẩn tại chỗ kém thuyết phục hơn, dù không biến mẫu thiên thạch thành bằng chứng trực tiếp về sự sống ngoài hành tinh. [1]

Đồng vị hé lộ nơi phản ứng hóa học xảy ra ra sao?

Các nguyên tố có thể tồn tại dưới nhiều đồng vị, tức các dạng có cùng bản chất hóa học nhưng khác khối lượng. Trong những phân tử hữu cơ lấy từ thiên thạch, tỷ lệ deuterium, còn gọi là hydro nặng, và carbon-13 cao hơn kiểu thường gặp ở các phân tử của sự sống trên Trái Đất. Đây được xem là dấu hiệu phù hợp với các phản ứng diễn ra trong môi trường không gian. [1]

Có thể hình dung đồng vị như một đặc điểm còn lưu lại sau quá trình chế tạo: nó không kể trọn lịch sử của vật thể, nhưng giúp so sánh những nguồn gốc khả dĩ. Khi thành phần đồng vị không giống mẫu hình phổ biến của sinh vật Trái Đất, cách giải thích rằng mọi chất hữu cơ đều do nhiễm bẩn trở nên khó bảo vệ hơn. Dẫu vậy, đồng vị chỉ chỉ ra một lịch sử hóa học khác biệt; nó không cho biết các phân tử ấy từng thuộc về sinh vật. [1]

Những phân tử hữu cơ có thể hình thành ngoài không gian thế nào?

Một cách giải thích được các nhà hóa học không gian đề xuất là năng lượng ánh sáng tác động lên những phân tử hữu cơ nhỏ có sẵn trên bề mặt thiên thể, từ đó tạo nên cấu trúc phức tạp hơn. Adenine, một bazơ trong DNA, là ví dụ đáng chú ý: về mặt hóa học, cấu trúc này có thể hình thành từ năm phân tử HCN kết hợp thành hệ hai vòng. [1]

Điểm quan trọng ở đây là “hữu cơ” không đồng nghĩa với “đang sống”. Một phân tử có thể tham gia cấu tạo sự sống nhưng vẫn được tạo ra bởi phản ứng không có tế bào, trao đổi chất hay sinh sản. Bởi thế, thiên thạch chứa nguyên liệu quen thuộc của sinh học có thể phản ánh năng lực tổng hợp của hóa học vũ trụ, không nhất thiết phản ánh sự hiện diện của sinh vật. [1]

Tính thuận tay của phân tử nói lên điều gì?

Nhiều phân tử có hai dạng giống như bàn tay trái và bàn tay phải: hình dạng tương ứng nhưng không thể chồng khít hoàn toàn. Quá trình hóa học không sống thường tạo hai dạng với lượng ngang nhau, trong khi sự sống có xu hướng chỉ sử dụng một phía; chẳng hạn, axit amin trong cơ thể chúng ta thuộc dạng trái. Một số thiên thạch cũng có nhiều axit amin dạng trái hơn dạng phải, nhưng mức chênh lệch còn nhỏ. [1]

Ánh sáng phân cực năng lượng cao là một giả thuyết giải thích sự lệch nhỏ này. Trong phòng thí nghiệm, loại ánh sáng ấy có thể phá hủy có chọn lọc axit amin dạng phải. Các nhà thiên văn đã phát hiện ánh sáng phân cực năng lượng thấp từ sao, còn khả năng thiên thể như sao neutron hoặc sao lùn có từ tính tạo ra dạng năng lượng cao vẫn thuộc phần diễn giải chưa được xác lập cho lịch sử cụ thể của từng thiên thạch. [1]

Nếu một thiên thạch mang xuống Trái Đất lượng dư nhỏ của một dạng phân tử, nước có thể tiếp tục khuếch đại sự chênh lệch. Với một số phân tử, gồm cả những mảnh RNA, dạng trái và phải có thể ghép thành tinh thể khó tan hơn các phân tử đứng riêng. Khi các cặp bị giữ trong tinh thể, phần dư của một phía có thể tập trung trong nước và có thêm cơ hội tương tác. Đây là một lộ trình hóa học khả dĩ, chưa phải lời giải đầy đủ cho bước chuyển thành sự sống. [1]

“Gieo mầm hóa học” khác gì sự sống đến từ vũ trụ?

Giả thuyết panspermia gắn với Fred Hoyle hình dung vi sinh vật bền bỉ quá giang trên sao chổi rồi đến Trái Đất. Kịch bản từ các phân tử trong thiên thạch thận trọng hơn: thứ được chuyển tới không phải sinh vật hoàn chỉnh mà là nguyên liệu có thể tham gia những phản ứng về sau. Nó nằm giữa câu chuyện các nguyên tố được tạo trong sao và giả thuyết sinh vật đã tồn tại trước khi đến đây. [1]

Sao chổi, thiên thạch và tiểu hành tinh vì thế có thể được xem như những phương tiện vận chuyển hóa học. Chúng có khả năng bổ sung nước hoặc phân tử hữu cơ cho Trái Đất thuở đầu, qua đó làm phong phú môi trường nơi hóa học tiền sự sống diễn ra. Nhưng có nguyên liệu không có nghĩa là chắc chắn tạo được sự sống, giống như có đủ thành phần không tự động tạo thành một hệ thống biết duy trì và tái tạo chính nó. [1]

Điều những thiên thạch kể được rõ nhất không phải “sự sống đến từ đâu”, mà là ranh giới giữa hóa học Trái Đất và hóa học không gian có thể không tách biệt. Các phản ứng ngoài hành tinh có khả năng tạo ra những phân tử phù hợp với sinh học và để lại dấu vết nhận biết được. Khoảng cách từ các phân tử ấy đến sinh vật đầu tiên vẫn là phần lớn nhất của câu hỏi chưa có lời giải. [1]