Nếu sự sống giống như bát súp

• Phát hiện hành tinh có thể chứa sự sống cách Trái đất 100 năm ánh sáng
• NASA che giấu bằng chứng sự sống trên sao Hỏa?
• Sự sống trong hang tối dưới góc nhìn khoa học

Vô số các giả thuyết về nguồn gốc của sự sống xuất hiện, trong đó không ít quan điểm cho rằng sự sống là ngẫu nhiên, được “ghép” từ những vật liệu nguyên thuỷ, vốn tan ra từ hợp chất vô cơ trong những phản ứng đầy bí ẩn của vũ trụ.

“Bát súp” nguyên thuỷ

Câu chuyện bắt đầu với cuốn sách có tựa đề “Nguồn gốc sự sống trên Trái Đất” của Aleksandr Oparin. Nhà sinh hoá người Nga cho rằng, khởi nguồn của sự sống đến từ những giọt coacervate (cô-a-xéc-va) - hợp chất hữu cơ cao phân tử hoà tan trong dung môi nước để tạo nên các chất keo có thể hấp thụ lẫn nhau, rồi tự sinh sản dưới tác động cơ giới, từ đó được giới nghiên cứu coi như một tế bào nguyên thuỷ của sự sống.

Thuyết tha sinh cho rằng mầm sống ở khắp nơi trong vũ trụ rộng lớn.

Như nhiều học giả phản biện luận điểm của Oparin, vấn đề nằm ở chỗ điều gì đã “kích động” các phần tử sống để chúng buộc phải tương tác với nhau giống những viên gạch, trước khi ghép lại thành một dạng sống cơ bản?

Nếu coi sự sống như một “bát súp” trộn lẫn các vật chất sống nguyên thủy như giọt coacervate chẳng hạn, thì phải có cách để hâm nóng cái bát trước khi sự sống có thể tiến hóa. Tư duy kiểu này khiến giới khoa học chật vật suốt nhiều thế kỷ.

Cho tới năm 1953, thí nghiệm Miller-Urey nổi tiếng tuyên bố chiếc bát sự sống được kích hoạt nhờ tia lửa điện. Sét, vô hình chung, biến môi trường sống nguyên thuỷ trở nên hoàn hảo, tạo nên vô số những phân tử sống như amino acid và đường từ bụi nước, khí methane (CH4), ammonia (NH3) và hydrogen. Phải chăng, coacervate từ đây đã có cơ hội lớn dần, và thay hình đổi dạng để thành loài người hiện đại?

Miller-Urey tin rằng, trải qua hàng triệu năm lịch sử, các phân tử sống ngày càng trở nên đậm đặc, đặc biệt dưới ảnh hưởng của mây bụi giàu khoáng chất từ các đợt phun trào núi lửa đã khiến khí quyển ngập tràn hydrogen và methane.

Cùng với sự phát triển của đại dương, các phần tử sống càng có cơ hội lan rộng, hòa tan vào nước và tiếp xúc với nhau để biến đổi thành những cấu trúc phức tạp hơn. Thế nên, nhiều nhà khoa học ngày nay khẳng định chính đại dương mới là khởi nguồn của sự sống, rằng tế bào sống nguyên thủy “di cư” lên mặt đất sau hàng trăm triệu năm hấp thụ vật chất sống trong lòng biển.

NASA đã thay đổi toàn bộ suy nghĩ về sự sống, với nghiên cứu đồ sộ liên quan đến lỗ thông thủy nhiệt, có bản chất là vết nứt địa hình giải phóng một lượng nhiệt khủng khiếp cùng khoáng chất từ sâu trong lòng Trái Đất.

Điều này nghe có vẻ hợp lý, bởi lẽ trong khi mặt đất hứng chịu những tia cực tím tử thần từ mặt trời, chúng không thể chạm tới đáy đại dương, vốn là nơi trú ẩn của hàng tỉ mầm sống được bảo vệ bởi nước biển rất giàu hydrogen. Chúng sinh tồn thông qua những phản ứng hóa học cực kỳ tinh vi, tạo ra năng lượng từ đường nhờ kết hợp hydrogen sulfide (H2S) thoát ra từ lỗ thông và oxygen trong nước biển. 

Thế giới của ARN

Dù trộn lẫn nhiều vật chất sống, một sự thật không thể chối bỏ là sự sống được sắp xếp theo một trật tự nhất định, dưới sự điều khiển của những ADN mang thông tin di truyền qua các thế hệ. Cùng với ADN, ARN (ribonucleic acid) là một polymer cơ bản với nhiều vai trò sinh học trong biểu hiện của gene, để từ đó tạo thành loại đại phân tử cơ sở cho mọi dạng sự sống trên Trái Đất.

Nguồn gốc sự sống trên Trái Đất hiện vẫn còn là bí ẩn.

Thế giới kì lạ của ARN, mà chính vị giáo sư Tomonori Totani thuộc đại học Tokyo đang nghiên cứu, mở ra một hướng đi hoàn toàn khác về nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất. Theo đó, trước sự ra đời của protein và chuỗi xoắn kép ADN nổi tiếng trong sinh học hiện đại, thế giới nguyên thủy - hay đúng hơn là “bát súp” của những giọt tụ - do ARN thống trị.

Điều thú vị nằm ở chỗ, ARN thường bị coi như kẻ yếu thế, và ít có năng lực để thúc đẩy sự sống tiến hóa. Trong niềm tin của Tomonori Totani, ARN như kẻ tiên phong sao chép và ghi nhớ thông tin di truyền, để rồi khi gặp thời điểm thuận lợi như tia lửa hay lỗ thông thủy nhiệt, sẽ bắt đầu đánh thức các phản ứng hóa học với tốc độ tăng dần và thích ứng tùy môi trường.

ARN vừa mã hóa, vừa dịch mã, đồng thời điều hòa quy trình duy trì mầm sống. Khi đi sâu nghiên cứu ARN, Totani nhận thấy ARN cấu thành từ những chuỗi đơn phân tử (monomer) gốc nitrogen, hay nucleotide. Mô hình thí nghiệm của ông theo lối mòn trước đây của nhiều nhà khoa học, cho các đơn phân tử trải qua phản ứng trùng hợp thành một chuỗi nucleotide, từ đó kết luận về vai trò của ARN đối với sự tiến hóa của các tế bào sống sơ khai.

Vị giáo sư hẳn phải băn khoăn khi chính những đồng nghiệp của ông đặt câu hỏi: liệu ARN có đủ năng lực để “thao túng” thế giới con người, khi các nghiên cứu khẳng định ARN phải chứa ít nhất 40 đến 60 nucleotide để hoàn thành nhiệm vụ tự sao chép chính nó? Trong các thí nghiệm, phản ứng trùng hợp ARN diễn ra ngẫu nhiên, có thể tạo ra đến 50 monomer (nhưng không thể lặp lại lần thứ hai), hoặc thậm chí chỉ vỏn vẹn vài chiếc nucleotide.

Vấn đề nảy sinh khi không có gì đảm bảo việc con người tự ghép các nucleotide sẽ cho ra một ARN hoàn hảo, mà thường tạo nên một chuỗi ARN dài nhưng... vô dụng. Chưa kể đến trường hợp các nucleotide sẽ rụng dần, ngay cả khi được tạo mọi điều kiện thích hợp để dựng chuỗi ARN, dẫn đến kết quả sau cuối là không thể duy trì các ARN dài hơn 10 nucleotide.

Mầm sống tha sinh

Trong bối cảnh vũ trụ nhìn thấy được của loài người có đến hàng nghìn tỉ tỉ ngôi sao, xác suất để một hành tinh như Trái Đất tồn tại sự sống, theo cách mà giới khoa học thường đồng thuận là tự sinh sôi từ những tế bào nguyên thuỷ ban đầu trong một “bát súp” đầy dưỡng chất và dung môi hoà tan, là vô cùng nhỏ.

Cũng giống như chuyện ARN có thể dài tới 40 nucleotide (hoặc hơn) cực kỳ hiếm. Một số nghiên cứu giả định, sự sống được ươm mầm trong vũ trụ, nhờ những thiên thạch xa xôi đem tới bất cứ hành tinh nào có đủ điều kiện phát triển. Thuyết tha sinh cho rằng, mầm sống ở khắp nơi, được vương vãi trong vũ trụ rộng lớn, và vì thế cội nguồn tổ tiên của con người chính là sinh vật ngoài hành tinh.

ARN vừa mã hóa, vừa dịch mã, đồng thời điều hòa quy trình duy trì mầm sống.

Lịch sử từng ghi nhận, ý niệm về thuyết tha sinh được công khai ủng hộ từ hàng trăm năm trước công nguyên, khi một nhóm triết gia người Hi Lạp đi tìm cuộc sống vĩnh hằng trên Trái Đất.

Thế nhưng, học thuyết này nhanh chóng chìm vào lãng quên bởi sự phủ nhận của hai triết gia vĩ đại Plato và Aristote theo chủ nghĩa Đấng sáng tạo, trước khi quay lại trong sách vở khoa học từ khoảng thế kỷ 17 nhờ sự xuất hiện của kính viễn vọng tạo nền móng cho phát triển thiên văn. Nhiều nhà thiên văn học “cà chớn”, như Thomas Gold chẳng hạn, nghiên cứu ý tưởng người ngoài hành tinh bỏ lại vi khuẩn sau những chuyến picnic đến Trái Đất.

Nghe có vẻ gượng gạo, ấy vậy nhưng chính Francis Crick - một trong hai nhân vật phát hiện cấu trúc xoắn kép của ADN - cũng phải cân nhắc nghiêm túc quan điểm của Gold. Các công bố về người ngoài hành tinh với tần suất ngày càng phổ biến, dẫn tới biến thể “tha sinh chủ động”, tức là mầm sống được gửi tới Trái Đất với ý định biến hành tinh này thành phiên bản thứ hai, hoặc thứ n, từ một nền văn minh xa xôi.

Ngay cả đại học Cambridge cũng phải giật mình trước kết quả tới 80% người tham gia khảo sát tin rằng con người có tổ tiên đến từ ngoài vũ trụ. Còn NASA, rồi đến cơ quan vũ trụ châu  Âu, đã vượt ra khỏi công cuộc giải mã sự sống trên Trái Đất, tiến tới thăm dò và tìm kiếm sự sống trên các hành tinh.

Tất nhiên, mọi giả định đều chỉ là suy đoán. Totani từng nghĩ, nhiều khả năng Trái Đất là nơi duy nhất có sự sống bên trong vũ trụ con người quan sát được. Hành trình truy tìm sự sống ngoài hành tinh sẽ chẳng đi về đâu, trong khi những thuyết hình thành sự sống hiện còn gây nhiều tranh luận và chưa xuất một lý thuyết nào gọi là... chuẩn. Pasteur đã chứng minh sinh vật bậc cao không thể phát sinh tự nhiên.

Charles Darwin, trong một bức thư viết năm 1871, cho rằng sự sống đến từ hồ nước ấm chứa đầy muối ammonia và phosphate, cùng điều kiện lý tưởng để protein hình thành, rồi tiến hoá. Có vẻ rất giống với “bát súp” nguyên thuỷ, cùng các giọt tụ coacervate.

Vậy nhưng, nhận xét của Darwin vẫn nằm ngoài tầm hiểu biết của khoa học hiện đại, thách thức bất cứ ai trên hành trình đi tìm lời đáp cho câu hỏi: tại sao chúng ta, những con người hiện đại là một phần của sự sống trên Trái Đất, lại có mặt ở trên cõi đời này?