- Tham gia
- 25/11/2012
- Bài viết
- 351
(kenhsinhvien.vn) Câu trả lời cho nguồn gốc sự sống vẫn còn bỏ ngỏ, nhưng các nhà khoa học đã đánh cuộc vào những khả năng này.
Nguồn gốc sự sống trên Trái Đất bắt đầu hơn 3 tỷ năm trước, tiến hoá từ dạng vi khuẩn cơ bản nhất rồi dần trở thành một loạt các dạng phức thể đáng kinh ngạc. Nhưng làm thế nào những sinh vật đầu tiên sống trong ngôi nhà duy nhất được cho là có sự sống trong vũ trụ phát triển được từ nồi xúp nguyên thuỷ?
Các nhà khoa học vẫn còn lưỡng lự và mâu thuẫn về nguồn gốc chính xác của sự sống, hay còn gọi là sự phát sinh phi sinh học (abiogenesis). Ngay cả chính định nghĩa về sự sống này cũng không được thừa nhận và phải viết lại, trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Biomolecular Structure and Dynamics, đề xuất khám phá 123 định nghĩa đã được công bố.
Dù khoa học vẫn còn mơ hồ, nhưng sau đây là một số giả thuyết khoa học trong số nhiều giả thuyết về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất.
SỰ SỐNG BẮT ĐẦU TỪ MỘT TIA LỬA ĐIỆN
Tia sét trong cơn bão mùa hè. Ảnh: Getty Images.
Tia sét có thể đã cung cấp tia lửa điện cần thiết cho sự sống khởi sinh. Tia lửa điện có thể tạo ra amino axit và đường từ không khí có chứa nước, metan, ammonia và hydro, như đã được thực hiện trong thí nghiệm Miller-Urey nổi tiếng năm 1952. Kết quả của thí nghiệm này cho thấy tia sét có thể giúp tạo ra những viên gạch kiến tạo quan trọng cho sự sống trên Trái Đất thuở sơ khai. Trải qua hàng triệu năm, các phân tử lớn hơn và phức tạp hơn có thể đã hình thành.
Dù kể từ đó những nghiên cứu đã kết luận khí quyển Trái Đất thuở sơ khai rất nghèo hydro, nhưng các nhà khoa học cho rằng những đấm mây núi lửa trong không khí thuở sơ khai có thể chứa metan, ammonia và hydro cũng như chứa đầy tia sét.
PHÂN TỬ SỰ SỐNG GẶP NHAU TRÊN ĐẤT SÉT
Theo ý kiến của nhà hoá học hữu cơ Alexander Graham Cairns-Smith tại Đại học Glasgow, Scotland, những phân tử đầu tiên của sự sống có thể đã gặp nhau trên đất sét. Cairns-Smith đề xuất ý kiến trong quyển sách gây tranh cãi của ông năm 1985 “7 manh mối của nguồn gốc sự sống” rằng các tinh thể đất sét bảo toàn cấu trúc của nó khi phát triển và kết dính với nhau nhằm tạo nên những khu vực tiếp xúc với các môi trường khác nhau, giữ lại các phân tử khác trên đường đi và tổ chức chúng thành các mẫu hình giống với gen của chúng ta ngày nay.
Vai trò chính của DNA là lưu trữ thông tin về cách sắp xếp của các phân tử khác. Giải trình tự gen trong DNA là những chỉ dẫn quan trọng về cách sắp xếp của các amino axit trong protein. Cairns-Smith cho rằng các tinh thể khoáng trong đất sét có thể sắp xếp các phân tử hữu cơ thành những mẫu hình có tổ chức. Sau đó, các phân tử hữu cơ đảm nhận phần việc này và tự tổ chức chính mình.
Dù giả thuyết của Cairns-Smith đã khiến các nhà khoa học những năm 1980 cân nhắc, nhưng nó vẫn không được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học.
SỰ SỐNG BẮT ĐẦU Ở MIỆNG PHUN BIỂN THẲM
Một miệng phun thuỷ nhiệt dưới biển thẳm ở Thái Bình Dương. Ảnh: Getty Images.
Giả thuyết miệng phun biển thẳm cho rằng sự sống có thể đã bắt đầu tại các miệng phun thuỷ nhiệt dưới biển, phun ra các nguyên tố quan trọng cho sự sống, như cacbon và hydro.
Miệng phun thuỷ nhiệt có mặt ở những vùng sâu tăm tối nhất của đáy đại dương, thường nằm trên những mảng lục địa phân tách. Những miệng phun này phun trào chất lỏng được lõi Trái Đất nung đến siêu nóng khi nó đi lên qua lớp vỏ Trái Đất, rồi mới được bơm vào miệng phun. Trong hành trình đi qua lớp vỏ Trái Đất, nó giữ lấy những chất khí và khoáng chất hoà tan, như cacbon và hydro.
Những ngóc ngách đá của miệng phun sau đó có thể tập trung những phân tử này lại với nhau và cung cấp chất khoáng xúc tác cho các phản ứng quan trọng. Ngay cả ngày nay, những miệng phun giàu năng lượng hoá học và năng lượng nhiệt cũng đang duy trì những hệ sinh thái sống động.
Sự phát sinh phi sinh học bằng miệng phun thuỷ nhiệt tiếp tục được nghiên cứu với tư cách là một căn nguyên hợp lý về sự sống trên Trái Đất. Năm 2019, các nhà khoa học tại London đã thành công tạo ra tế bào nguyên mẫu (những cấu trúc phi sinh giúp các nhà khoa học hiểu hơn về nguồn gốc sự sống) trong điều kiện môi trường nóng và kiềm tương tự với miệng phun thuỷ nhiệt.
SỰ SỐNG CÓ KHỞI NGUYÊN LẠNH LẼO
Ba triệu năm trước băng có thể đã bao phủ đại dương và tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai sinh sự sống. Các nhà khoa học cho rằng những hợp chất hữu cơ then chốt có vai trò quan trọng cho nguồn gốc sự sống ổn định hơn ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ bình thường những hợp chất này, như những amino axit đơn giản, bị phân tán thưa thớt trong nước, nhưng khi bị đông đá chúng trở nên tập trung và tạo điều kiện cho sự sống xuất hiện.
Băng cũng có thể bảo vệ những hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ trong vùng biển bên dưới khỏi ánh sáng cực tím và sự phá huỷ do tác động của vũ trụ. Cái lạnh ấy có thể cũng giúp những phân tử này tồn tại lâu hơn, cho phép những phản ứng quan trọng xảy ra.
CÂU TRẢ LỜI NẰM Ở SỰ HIỂU BIẾT VỀ THÔNG TIN DI TRUYỀN
Ảnh minh hoạ một phân tử DNA chuỗi xoắn kép. Ảnh: Getty Images.
Ngày nay DNA cần protein để hình thành, và protein cũng cần DNA để hình thành, vậy nên làm thế nào những phân tử này có thể hình thành mà thiếu một trong hai? Câu trả lời có thể là RNA, phân tử có thể lưu trữ thông tin như DNA, có tác dụng như một enzym như protein, và giúp tạo ra cả DNA và protein. Sau đó DNA và protein đã thành công trong “thế giới RNA” này, vì chúng có hiệu quả hơn.
RNA vẫn tồn tại và thực hiện một số chức năng trong sinh vật, như đóng vai trỏ là một công tắc bật-mở cho một số gen. Câu hỏi còn lại là làm thế nào RNA có mặt ngay từ ban đầu. Một số nhà khoa học cho rằng phân tử này có thể đã xuất hiện tự phát trên Trái Đất, trong khi những nhà khoa học khác lại cho rằng điều đó rất khó xảy ra.
SỰ SỐNG CÓ KHỞI NGUYÊN ĐƠN GIẢN
Thay vì phát triển từ những phân tử phức tạp như RNA, sự sống có thể đã bắt đầu bằng những phân tử nhỏ hơn tương tác với nhau trong những chu trình phản ứng. Những phân tử này có thể được chứa trong những màng bao đơn giản tương tự màng tế bào, và dần dần những phân tử phức tạp hơn thực hiện những phản ứng này tốt hơn những phân tử nhỏ có thể đã tiến hoá, những kịch bản được gọi là mô hình “trao đổi chất trước tiên”, tương phản với mô hình “gen trước tiên” của giả thuyết “thế giới RNA”.
SỰ SỐNG ĐƯỢC MANG ĐẾN TỪ NGOÀI VŨ TRỤ
Phải chăng sự sống được mang đến Trái Đất từ ngoài vũ trụ? Ảnh: Getty Images.
Có lẽ sự sống chớ hề bắt đầu trên Trái Đất, mà là được mang đến Trái Đất từ ngoài vũ trụ, một khái niệm được gọi là thuyết tha sinh (panspermia). Ví dụ như đất đá thường bị thổi tung ra khỏi sao Hoả do tác động từ vũ trụ, và một số thiên thạch từ sao Hoả được tìm thấy trên Trái Đất mà một số nhà nghiên cứu tranh cãi rằng đã mang vi khuẩn đến Trái Đất, có khả năng biến tất cả chúng ta thành người có nguồn gốc từ sao Hoả. Các nhà khoa học khác cho rằng sự sống có thể đã “quá giang” trên những sao chổi từ các hệ sao khác. Tuy nhiên ngay cả khi ý kiến này đúng, câu hỏi làm thế nào sự sống bắt đầu trên Trái Đất chỉ thay đổi thành làm thế nào sự sống bắt đầu ngoài vũ trụ.
Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo Live Science)
Nguồn gốc sự sống trên Trái Đất bắt đầu hơn 3 tỷ năm trước, tiến hoá từ dạng vi khuẩn cơ bản nhất rồi dần trở thành một loạt các dạng phức thể đáng kinh ngạc. Nhưng làm thế nào những sinh vật đầu tiên sống trong ngôi nhà duy nhất được cho là có sự sống trong vũ trụ phát triển được từ nồi xúp nguyên thuỷ?
Các nhà khoa học vẫn còn lưỡng lự và mâu thuẫn về nguồn gốc chính xác của sự sống, hay còn gọi là sự phát sinh phi sinh học (abiogenesis). Ngay cả chính định nghĩa về sự sống này cũng không được thừa nhận và phải viết lại, trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Biomolecular Structure and Dynamics, đề xuất khám phá 123 định nghĩa đã được công bố.
Dù khoa học vẫn còn mơ hồ, nhưng sau đây là một số giả thuyết khoa học trong số nhiều giả thuyết về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất.
SỰ SỐNG BẮT ĐẦU TỪ MỘT TIA LỬA ĐIỆN
Tia sét trong cơn bão mùa hè. Ảnh: Getty Images.
Tia sét có thể đã cung cấp tia lửa điện cần thiết cho sự sống khởi sinh. Tia lửa điện có thể tạo ra amino axit và đường từ không khí có chứa nước, metan, ammonia và hydro, như đã được thực hiện trong thí nghiệm Miller-Urey nổi tiếng năm 1952. Kết quả của thí nghiệm này cho thấy tia sét có thể giúp tạo ra những viên gạch kiến tạo quan trọng cho sự sống trên Trái Đất thuở sơ khai. Trải qua hàng triệu năm, các phân tử lớn hơn và phức tạp hơn có thể đã hình thành.
Dù kể từ đó những nghiên cứu đã kết luận khí quyển Trái Đất thuở sơ khai rất nghèo hydro, nhưng các nhà khoa học cho rằng những đấm mây núi lửa trong không khí thuở sơ khai có thể chứa metan, ammonia và hydro cũng như chứa đầy tia sét.
PHÂN TỬ SỰ SỐNG GẶP NHAU TRÊN ĐẤT SÉT
Theo ý kiến của nhà hoá học hữu cơ Alexander Graham Cairns-Smith tại Đại học Glasgow, Scotland, những phân tử đầu tiên của sự sống có thể đã gặp nhau trên đất sét. Cairns-Smith đề xuất ý kiến trong quyển sách gây tranh cãi của ông năm 1985 “7 manh mối của nguồn gốc sự sống” rằng các tinh thể đất sét bảo toàn cấu trúc của nó khi phát triển và kết dính với nhau nhằm tạo nên những khu vực tiếp xúc với các môi trường khác nhau, giữ lại các phân tử khác trên đường đi và tổ chức chúng thành các mẫu hình giống với gen của chúng ta ngày nay.
Vai trò chính của DNA là lưu trữ thông tin về cách sắp xếp của các phân tử khác. Giải trình tự gen trong DNA là những chỉ dẫn quan trọng về cách sắp xếp của các amino axit trong protein. Cairns-Smith cho rằng các tinh thể khoáng trong đất sét có thể sắp xếp các phân tử hữu cơ thành những mẫu hình có tổ chức. Sau đó, các phân tử hữu cơ đảm nhận phần việc này và tự tổ chức chính mình.
Dù giả thuyết của Cairns-Smith đã khiến các nhà khoa học những năm 1980 cân nhắc, nhưng nó vẫn không được chấp nhận rộng rãi trong cộng đồng khoa học.
SỰ SỐNG BẮT ĐẦU Ở MIỆNG PHUN BIỂN THẲM
Một miệng phun thuỷ nhiệt dưới biển thẳm ở Thái Bình Dương. Ảnh: Getty Images.
Giả thuyết miệng phun biển thẳm cho rằng sự sống có thể đã bắt đầu tại các miệng phun thuỷ nhiệt dưới biển, phun ra các nguyên tố quan trọng cho sự sống, như cacbon và hydro.
Miệng phun thuỷ nhiệt có mặt ở những vùng sâu tăm tối nhất của đáy đại dương, thường nằm trên những mảng lục địa phân tách. Những miệng phun này phun trào chất lỏng được lõi Trái Đất nung đến siêu nóng khi nó đi lên qua lớp vỏ Trái Đất, rồi mới được bơm vào miệng phun. Trong hành trình đi qua lớp vỏ Trái Đất, nó giữ lấy những chất khí và khoáng chất hoà tan, như cacbon và hydro.
Những ngóc ngách đá của miệng phun sau đó có thể tập trung những phân tử này lại với nhau và cung cấp chất khoáng xúc tác cho các phản ứng quan trọng. Ngay cả ngày nay, những miệng phun giàu năng lượng hoá học và năng lượng nhiệt cũng đang duy trì những hệ sinh thái sống động.
Sự phát sinh phi sinh học bằng miệng phun thuỷ nhiệt tiếp tục được nghiên cứu với tư cách là một căn nguyên hợp lý về sự sống trên Trái Đất. Năm 2019, các nhà khoa học tại London đã thành công tạo ra tế bào nguyên mẫu (những cấu trúc phi sinh giúp các nhà khoa học hiểu hơn về nguồn gốc sự sống) trong điều kiện môi trường nóng và kiềm tương tự với miệng phun thuỷ nhiệt.
SỰ SỐNG CÓ KHỞI NGUYÊN LẠNH LẼO
Ba triệu năm trước băng có thể đã bao phủ đại dương và tạo điều kiện thuận lợi cho việc khai sinh sự sống. Các nhà khoa học cho rằng những hợp chất hữu cơ then chốt có vai trò quan trọng cho nguồn gốc sự sống ổn định hơn ở nhiệt độ thấp. Ở nhiệt độ bình thường những hợp chất này, như những amino axit đơn giản, bị phân tán thưa thớt trong nước, nhưng khi bị đông đá chúng trở nên tập trung và tạo điều kiện cho sự sống xuất hiện.
Băng cũng có thể bảo vệ những hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ trong vùng biển bên dưới khỏi ánh sáng cực tím và sự phá huỷ do tác động của vũ trụ. Cái lạnh ấy có thể cũng giúp những phân tử này tồn tại lâu hơn, cho phép những phản ứng quan trọng xảy ra.
CÂU TRẢ LỜI NẰM Ở SỰ HIỂU BIẾT VỀ THÔNG TIN DI TRUYỀN
Ảnh minh hoạ một phân tử DNA chuỗi xoắn kép. Ảnh: Getty Images.
Ngày nay DNA cần protein để hình thành, và protein cũng cần DNA để hình thành, vậy nên làm thế nào những phân tử này có thể hình thành mà thiếu một trong hai? Câu trả lời có thể là RNA, phân tử có thể lưu trữ thông tin như DNA, có tác dụng như một enzym như protein, và giúp tạo ra cả DNA và protein. Sau đó DNA và protein đã thành công trong “thế giới RNA” này, vì chúng có hiệu quả hơn.
RNA vẫn tồn tại và thực hiện một số chức năng trong sinh vật, như đóng vai trỏ là một công tắc bật-mở cho một số gen. Câu hỏi còn lại là làm thế nào RNA có mặt ngay từ ban đầu. Một số nhà khoa học cho rằng phân tử này có thể đã xuất hiện tự phát trên Trái Đất, trong khi những nhà khoa học khác lại cho rằng điều đó rất khó xảy ra.
SỰ SỐNG CÓ KHỞI NGUYÊN ĐƠN GIẢN
Thay vì phát triển từ những phân tử phức tạp như RNA, sự sống có thể đã bắt đầu bằng những phân tử nhỏ hơn tương tác với nhau trong những chu trình phản ứng. Những phân tử này có thể được chứa trong những màng bao đơn giản tương tự màng tế bào, và dần dần những phân tử phức tạp hơn thực hiện những phản ứng này tốt hơn những phân tử nhỏ có thể đã tiến hoá, những kịch bản được gọi là mô hình “trao đổi chất trước tiên”, tương phản với mô hình “gen trước tiên” của giả thuyết “thế giới RNA”.
SỰ SỐNG ĐƯỢC MANG ĐẾN TỪ NGOÀI VŨ TRỤ
Phải chăng sự sống được mang đến Trái Đất từ ngoài vũ trụ? Ảnh: Getty Images.
Có lẽ sự sống chớ hề bắt đầu trên Trái Đất, mà là được mang đến Trái Đất từ ngoài vũ trụ, một khái niệm được gọi là thuyết tha sinh (panspermia). Ví dụ như đất đá thường bị thổi tung ra khỏi sao Hoả do tác động từ vũ trụ, và một số thiên thạch từ sao Hoả được tìm thấy trên Trái Đất mà một số nhà nghiên cứu tranh cãi rằng đã mang vi khuẩn đến Trái Đất, có khả năng biến tất cả chúng ta thành người có nguồn gốc từ sao Hoả. Các nhà khoa học khác cho rằng sự sống có thể đã “quá giang” trên những sao chổi từ các hệ sao khác. Tuy nhiên ngay cả khi ý kiến này đúng, câu hỏi làm thế nào sự sống bắt đầu trên Trái Đất chỉ thay đổi thành làm thế nào sự sống bắt đầu ngoài vũ trụ.
Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo Live Science)
