Hành trình tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác khá là giống quá trình nấu ăn. Bạn có thể có đầy đủ mọi nguyên liệu trên bàn - nước, khí hậu ấm áp và khí quyển đặc, dinh dưỡng, nguyên liệu hữu cơ, nguồn năng lượng - nhưng nếu bạn không có những sự hỗ trợ giúp bạn có khả năng xào nấu những nguyên liệu ấy, chúng sẽ mãi là một mớ vật chất thô vô tri giác.
Đôi khi, sự sống cần một tia hy vọng, hoặc hàng triệu triệu tia. Một nghiên cứu mới công bố trong tạp chí Nature Communications phát hiện chính sét là một thành tố then chốt giúp phốt pho tham gia vào quá trình hình thành các dạng sống 3,5 tỉ năm trước trên Trái Đất.
Phốt pho là nguyên tố cơ bản cấu thành chuỗi gen di truyền (DNA), RNA và ATP (nguồn năng lượng chủ yếu cho các sinh vật sống), cũng như các thành phần sinh học khác như màng tế bào.
“Nghiên cứu này là một phát hiện tình cờ, mở ra tiềm năng khám phá các hành tinh tương tự Trái Đất” - Benjamin Hess, nhà nghiên cứu đến từ đại học Yale, tác giả của nghiên cứu trên.
Đây không phải lần đầu các nhà khoa học cho rằng sét đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành sự sống. Các thí nghiệm cũng đã chỉ ra các vật liệu hữu cơ được tạo ra nhờ sét có thể bao gồm các tiền tố như axit amin, các axit amin khi kết hợp sẽ trở thành protein.
Nghiên cứu mới này thảo luận về vai trò của sét theo một góc nhìn khác hẳn. Một câu hỏi lớn mà giới khoa học đau đầu: làm thế nào mà các dạng sống cơ bản có thể tiếp cận phốt-pho như một nguồn tài nguyên?
Tuy vào thời điểm đó, sự sống có một lượng nước và carbon dioxide dồi dào, phốt-pho bị kẹt lại trong những tảng đá không thể xảy ra phản ứng hóa học. Nói cách khác, phốt-pho bị tống giam chung thân, không còn thoát được ra ngoài nữa.
Vậy làm cách nào mà cách dạng sống có thể khai thác nguyên tố cơ bản này? Giả thuyết được ủng hộ nhất là các thiên thạch đã đem phốt-pho tới Trái Đất dưới dạng một khoáng thạch có tên shcribersite - có khả năng hòa tan trong nước, cho phép các sinh vật sống tiếp cận nguyên tố này. Vấn đề với giả thuyết này đó là khi sự sống bắt đầu 3,5 - 4,5 tỉ năm trước, lượng thiên thạch rơi bắt đầu giảm đi trông thấy.
Trái Đất cần nhiều thiên thạch chứa schribersite hơn để duy trì sự sống, và thiên thạch rơi cũng đem lại rủi ro lớn tới sự sống non trẻ mới hình thành (hãy nghĩ tới khủng long). Thậm chí, toàn bộ lượng khoáng thạch schreibersite đã tích tụ có thể bốc hơi bất cứ lúc nào vì nhiều lý do khác nhau.
Làm thế nào mà các dạng sống cơ bản có thể tiếp cận phosphor như một nguồn tài nguyên?
Hess và các đồng nghiệp tin rằng họ đã tìm ra đáp án: Schreibersite con được tìm thấy trong một loại vật liệu gọi là fulgurites, hình thành khi các tia chớp tiếp xúc với mặt đất. Fulgurite bao gồm phosphor có trong các mẫu đá, và khoáng chất này hoàn toàn có thể tan trong nước.
Các tác giả nghiên cứu đã thu thập mẫu fulgurite tạo ra bởi sét ở Illinois năm 2016, ban đầu với mục đích nghiên cứu tác động của hiệu ứng gia nhiệt mạnh trong thời gian ngắn. Họ phát hiện các mẫu fulgurite có chứa 0,4% schribersite.
Với con số này, nhóm có thể tính ra lượng schreibersite được tạo ra bởi sét hàng tỉ năm trước khi sự sống bắt đầu nảy sinh. Nhờ ước tính lượng carbon dioxide trong không khí ở thời điểm hình thành sự sống, nhờ đó các nhà nghiên cứu đã liên hệ và tính ra có tới hàng nghìn tỉ tia chớp mỗi năm, tạo ra từ 110 tới 11.000kg schreibersite. Qua thời gian, quá trình này tạo ra đủ phốt-pho cho các dạng sống phát triển và sinh sôi nảy nở - nhiều hơn lượng mà thiên thạch có thể đem lại.
Một mảnh thiên thạch chứa khoáng thạch schreibersite.
Không chỉ giải thích cho lịch sử Trái Đất, kiến thức này đem lại một góc nhìn mới cho hành trình tìm kiếm sự sống ngoài trái đất. Quá trình này chỉ khả thi với các môi trường có nước nông - tia chớp cần tạo ra fulgurites ở các địa điểm mà chúng có thể hòa tan để giải phóng phosphor mà không bị quá loãng. Điều này không hẳn là một giới hạn.
Khi mà các nhà thiên văn - sinh vật học bị ám ảnh với các hành tinh có đại dương, góc nhìn mới này cho thấy tiềm năng nảy sinh sự sống ở cách hành tinh như sao Hỏa, nơi mà bề mặt hành tinh chưa bị nhấn chìm trong nước.
Kết luận này không phủ nhận vai trò của thiên thạch trong quá trình hình thành sự sống dựa trên phosphor. Hess nhấn mạnh các cơ chế khác như sự giải phóng nhiệt hạch có thể thay thế sét hay thiên thạch trong việc tạo ra phosphor.
Hess sẽ để các nhà khoa học khác trả lời cho vấn đề này, vì điều này nằm ngoài phạm trù nghiên cứu của anh. “Tôi hy vọng nghiên cứu này sẽ giúp chúng ta nhìn nhận liệu lại những kiến thức được áp dụng trong hành trình đi tìm sự sống trên các hành tinh với lượng nước giới hạn như sao Hỏa.”