Nguồn gốc sự sống *

Trong tất cả các lĩnh vực này, có nhiều câu hỏi chưa được giải đáp, từ nguồn gốc sự sống trên Trái Đất, những điều kiện có thể giúp nó xuất hiện, cho tới những khối xây dựng cơ bản mà sự sống dựa vào đó. Chẳng hạn, sự sống xuất hiện đầu tiên từ bao giờ. Khi nghiên cứu các hóa thạch, các nhà cổ sinh học đã chứng minh rằng sinh vật đầu tiên đã xuất hiện trên hành tinh của chúng ta ít nhất cách đây 4 tỷ năm. Thời gian này rất không xác định, vì các manh mối đã ít lại xa nhau. Tuy nhiên, các nhà khoa học đang dần dần tiến tới có một số nghiên cứu tư liệu hóa những dấu vết đầu tiên của sự sống trong đá. Chẳng hạn, vào tháng 7-2008, các nhà nghiên cứu ở phòng thí nghiệm Bioemco ⁽¹⁾, cộng tác với ba nhóm khác, đã chứng minh rằng đã có sự sống trên Trái Đất cách đây 3,5 tỷ năm khi phân tích đá có từ thời gian đó.

Điều kiện của sự sống

Biết được những điều kiện có trên Trái Đất vào thời đó là rất quan trọng để hiểu được sự sống cổ xưa trên Trái Đất. Toàn bộ phạm vi của sinh học vũ trụ hiện nay đều dành cho việc mở rộng nghiên cứu trong lĩnh vực này.

Có nhiều mặt nghiên cứu khác nhau: tìm vết tích các dấu hiệu sinh học (là những dấu vết hóa học, đồng vị và hình thái do hoạt động sinh học để lại), xác định nguồn gốc của nước trên hành tinh của chúng ta (rất có thể đến từ các trận mưa sao chổi), hoặc nghiên cứu các đặc điểm lý hóa của khí quyển và đại dương trong đó sự sống đầu tiên đã xuất hiện. Ví dụ, tập thể của Manolo Gouy, nghiên cứu sinh học tiến hóa ở BBE, Villeurbanne ⁽²⁾cùng với các nhà khoa học máy tính ở LIRMM ⁽³⁾mới đây đã chứng minh rằng LUCA, tổ tiên chung phổ biến cuối cùng của mọi sinh vật, đã sống ở nhiệt độ vừa phải dưới 50 ^oC. Về sau, có thể trong một thời kỳ bắn phá đặc biệt ác liệt của tiểu hành tinh, sự sống phải tồn tại trong một môi trường nóng hơn (khoảng 70 ^oC), trước khi lại thích ứng với những nhiệt độ ngày càng thấp cho tới ngày nay.

Một câu hỏi nóng bỏng khác là nguồn gốc của các phân tử hữu cơ tạo nên các nucleotit và axit amin trong bộ máy của sinh vật. Chúng được tạo ra ở đâu? Một số người cho rằng chúng được tổng hợp trong lòng đại dương gần các khe thủy nhiệt, hoặc gần các núi lửa hay dưới lòng đất sâu. Những người khác cho rằng chúng bắt nguồn trong môi trường giữa các sao. “Cả hai giả thuyết đều có thể đúng, vì những phân tử này có thể có nguồn gốc ở Trái Đất, mà cũng có thể đến từ các thiên thạch, tiểu thiên thạch và sao chổi có cacbon, theo Frances Westall, ở Trung tâm Lý sinh Phân tử (CBM) ⁽⁴⁾và phụ trách nhóm nghiên cứu Sinh học Vũ trụ ở CNRS (2006-2008). “Sử dụng dữ liệu thu được từ con tàu vũ trụ Huyghens của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) tháng 1/2005 ở vệ tinh Titan, một trong số mặt trăng của Sao Thổ, chúng tôi hy vọng hiểu rõ hơn các phản ứng hóa học dẫn tới hóa học tiền sinh – là hóa học không bao hàm các phân tử sinh học, hẳn đã có trên Trái Đất từ rất sớm và vẫn còn hoạt động trên Titan.”

Tồn tại hay không tồn tại

Sau hết, khi đã hình thành, những phân tử này tự lắp ráp để tạo ra sự sống bằng cách nào? Tổ tiên chung của tất cả các sinh vật hiện nay giống với cái gì? Dù đã có một số kịch bản phức tạp được giới thiệu, nhưng giả thuyết gần đây cho rằng RNA (axit ribonucleic) tạo nên sự chuyển hóa đầu tiên trước hết, nói cách khác, là bộ máy đầu tiên để các biến đổi hóa học và năng lượng đặc trưng cho sự sống diễn ra tự nhiên.

Lý do của quan niệm kỳ lạ này là “cách đây khoảng 15 năm, người ta thấy rằng RNA có thể thực hiện các chức năng cơ bản của sự sống,” theo giải thích của Marie-Christine Maurel, phòng thí nghiệm ANBioPhy ⁽⁵⁾, và hiện nay là chủ tịch Hội đồng Khoa học của chương trình liên ngành “Nguồn gốc của các hành tinh và sự sống”, được xây dựng năm 2006, ở CNRS.

“RNA có thể mang thông tin di truyền đồng thời thực hiện hoạt động xúc tác giống như các protein. Quan niệm hiện nay là thế giới nguyên sơ có thể đã được cấu thành từ các dạng sống nguyên thủy giống như dạng virut.” Không như virut, loại sinh vật này gây bệnh cho thực vật, được cấu tạo bằng RNA tự do, nghĩa là RNA không có màng kết hợp. Điều này khiến chúng là ứng cử viên lý tưởng đã làm xuất hiện sự sống.”

Còn có một vấn đề lớn thứ hai đặt ra cho sinh học vũ trụ: Ở đâu và bằng cách nào chúng ta có thể tìm thấy dấu vết của sự sống ngoài Trái Đất? Các chương trình hiện nay, như SETI (tìm trí tuệ ngoài Trái Đất – Search for Extra-Terrestrial Intelligence), đang cố gắng định vị trí tuệ có trình độ cao bằng cách phát hiện sóng điện từ có thể phát ra từ các nền văn minh xa lạ. Những chương trình khác đi tìm dấu vết của hoạt động sinh học, hoặc các sinh vật nhỏ như vi khuẩn. Chẳng hạn, bắt đầu từ năm 2016, con tàu vũ trụ ExoMars của ESA sẽ cố xác định liệu có một dạng sống thô sơ nào đó đã từng sống hay còn sống trên hành tinh Đỏ hay không? Và đến năm 2020, dự án khảo sát Darwin - một hệ kính viễn vọng vũ trụ - sẽ được phóng vào không gian để phát hiện các dấu hiệu của sự sống trên các ngoại hành tinh (hành tinh ngoài hệ mặt trời). Điều này có nghĩa là tìm cách phát hiện các chất khí có nguồn gốc sinh học trong khí quyển của những những hành tinh đó. Sau hết, một phần của dự án ESA có tên là “Blue dot” (Chấm xanh), một số nhà nghiên cứu đang thực hiện các kỹ thuật để đánh dấu “các hành tinh đại dương”, là những thiên thể giả định có đặc điểm riêng, nếu chúng tồn tại, nghĩa là có nước bao phủ hoàn toàn, một môi trường thuận lợi cho sự sống phát triển.

                                                                                                       Nguyễn Ngọc Hải dịch

* Bài trong CNRS international magazine số 14, 7/2009: The Mysteries of our Universe (năm thiên văn quốc tế 2009).

(1) Biogéochimie et écologie des milieux continentaux /CNRS/ Université Paris-VI/ Inra / Agroparistech jr étu de pôle aliment / École normale supérieure Paris /.

(2) Biométrie et biologie évolutive /CNRS / Université Lyon-I /.

(3) Laboratoire d’informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier / CNRS / Université Montpellier-II /.

(4) Centre de biophysique moléculaire (CNRS).

(5) Aci des Nucléiques et Biophotonique (CNRS/ Université Paris-VI).