Tàn dư siêu tân tinh N 63A. Tín dụng hình ảnh: Hubble Bấm để phóng to
Sự sống trên Trái đất đã được thực hiện nhờ cái chết của các ngôi sao. Các nguyên tử như carbon và oxy đã bị trục xuất trong vài lần thở sao cuối cùng sau khi nguồn cung cấp nhiên liệu hydro cuối cùng của chúng được sử dụng hết.
Làm thế nào những thứ sao này kết hợp với nhau để hình thành sự sống vẫn còn là một bí ẩn, nhưng các nhà khoa học biết rằng sự kết hợp nguyên tử nhất định là cần thiết. Nước - hai nguyên tử hydro liên kết với một nguyên tử oxy - sẽ rất quan trọng đối với sự phát triển của sự sống trên Trái đất, và vì vậy các sứ mệnh của NASA hiện đang tìm kiếm nước trên các thế giới khác với hy vọng tìm thấy sự sống ở nơi khác. Các phân tử hữu cơ được xây dựng chủ yếu từ các nguyên tử carbon cũng được cho là quan trọng, vì tất cả sự sống trên Trái đất đều dựa trên carbon.
Các lý thuyết phổ biến nhất về nguồn gốc của sự sống nói rằng hóa học cần thiết xảy ra ở các lỗ thông thủy nhiệt dưới đáy đại dương hoặc trong một số hồ nước cạn có ánh nắng mặt trời. Tuy nhiên, những khám phá trong vài năm qua đã chỉ ra rằng nhiều vật liệu cơ bản cho sự sống hình thành ở độ sâu lạnh của không gian, nơi mà cuộc sống như chúng ta biết là không thể.
Sau khi các ngôi sao chết ợ ra carbon, một số nguyên tử carbon kết hợp với hydro để tạo thành hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs). PAHs - một loại bồ hóng carbon tương tự như các phần của bánh mì nướng bị cháy - là các hợp chất hữu cơ phong phú nhất trong không gian và là thành phần chính của thiên thạch chondrite carbonaceous. Mặc dù PAHs không được tìm thấy trong các tế bào sống, chúng có thể được chuyển đổi thành quinone, các phân tử có liên quan đến các quá trình năng lượng của tế bào. Chẳng hạn, quinone đóng vai trò thiết yếu trong quang hợp, giúp thực vật biến ánh sáng thành năng lượng hóa học.
Sự biến đổi của PAH xảy ra trong các đám mây băng và bụi liên sao. Sau khi trôi nổi trong không gian, bồ hóng PAH cuối cùng ngưng tụ thành những đám mây phân tử dày đặc này. Vật chất trong những đám mây này ngăn chặn một số nhưng không phải tất cả các bức xạ khắc nghiệt của không gian. Bức xạ lọc qua sửa đổi PAH và các vật liệu khác trong các đám mây.
Quan sát hồng ngoại và kính viễn vọng vô tuyến của các đám mây đã phát hiện ra PAH, cũng như axit béo, đường đơn giản, lượng axit amin glycine mờ nhạt và hơn 100 phân tử khác, bao gồm nước, carbon monoxide, amoniac, formaldehyd và hydro cyanide.
Các đám mây chưa bao giờ được lấy mẫu trực tiếp - chúng ở quá xa - vì vậy để xác nhận những gì đang xảy ra về mặt hóa học trên các đám mây, một nhóm nghiên cứu do Max Bernstein và Scott Sandford dẫn đầu tại Phòng thí nghiệm hóa học tại Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA đã thiết lập các thí nghiệm để bắt chước các điều kiện đám mây.
Trong một thí nghiệm, hỗn hợp PAH / nước được lắng đọng hơi vào muối và sau đó bắn phá bằng tia cực tím (UV). Điều này cho phép các nhà nghiên cứu quan sát cách bộ xương PAH cơ bản biến thành quinone. Chiếu xạ hỗn hợp đông lạnh của nước, amoniac, hydro xyanua và metanol (một hóa chất tiền thân của formaldehyd) tạo ra các axit amin glycine, alanine và serine - ba axit amin dồi dào nhất trong hệ thống sống.
Các nhà khoa học đã tạo ra các cấu trúc giống như tế bào hữu cơ nguyên thủy, hay các túi.
Do tia cực tím không phải là loại bức xạ duy nhất trong không gian, nên các nhà nghiên cứu cũng đã sử dụng máy phát Van de Graaff để bắn phá PAH bằng các proton volt điện tử (MeV), có năng lượng tương tự như tia vũ trụ. Kết quả MeV cho PAH tương tự nhau mặc dù không giống với bắn phá UV. Một nghiên cứu MeV cho các axit amin chưa được thực hiện.
Các thí nghiệm này cho thấy rằng tia cực tím và các dạng phóng xạ khác cung cấp năng lượng cần thiết để phá vỡ các liên kết hóa học trong nhiệt độ thấp và áp suất của các đám mây dày đặc. Do các nguyên tử vẫn bị khóa trong băng, các phân tử don lồng bay ra ngoài, nhưng thay vào đó kết hợp lại thành các cấu trúc phức tạp hơn.
Trong một thí nghiệm khác do Jason Dworkin dẫn đầu, một hỗn hợp đông lạnh gồm nước, metanol, amoniac và carbon monoxide đã bị bức xạ UV. Sự kết hợp này mang lại vật liệu hữu cơ hình thành bong bóng khi ngâm trong nước. Những bong bóng này gợi nhớ đến các màng tế bào bao bọc và tập trung hóa học của sự sống, tách nó ra khỏi thế giới bên ngoài.
Các bong bóng được tạo ra trong thí nghiệm này là từ 10 đến 40 micromet, hoặc khoảng kích thước của các tế bào hồng cầu. Đáng chú ý, các bong bóng phát huỳnh quang, hoặc phát sáng, khi tiếp xúc với tia UV. Hấp thụ tia cực tím và chuyển đổi nó thành ánh sáng khả kiến theo cách này có thể cung cấp năng lượng cho một tế bào nguyên thủy. Nếu những bong bóng như vậy đóng một vai trò trong nguồn gốc của sự sống, thì huỳnh quang có thể là tiền thân của quang hợp.
Huỳnh quang cũng có thể hoạt động như kem chống nắng, khuếch tán mọi thiệt hại nếu không sẽ bị bức xạ UV gây ra. Một chức năng bảo vệ như vậy sẽ rất quan trọng đối với sự sống trên Trái đất sơ khai, vì tầng ozone, ngăn chặn các tia UV hủy diệt nhất của mặt trời, đã không hình thành cho đến khi cuộc sống quang hợp bắt đầu tạo ra oxy.
Từ những đám mây không gian đến những hạt giống của cuộc sống
Những đám mây phân tử dày đặc trong không gian cuối cùng bị sụp đổ một cách hấp dẫn để tạo thành những ngôi sao mới. Một số bụi còn sót lại sau đó kết tụ lại với nhau để tạo thành các tiểu hành tinh và sao chổi, và một số các tiểu hành tinh này kết tụ lại với nhau để tạo thành các hành tinh. Trên hành tinh của chúng ta, sự sống sau đó nảy sinh từ bất kỳ vật liệu cơ bản nào trong tầm tay.
Các phân tử lớn cần thiết để xây dựng các tế bào sống là:
* Protein
* Carbonhydrate (đường)
* Lipid (chất béo)
* Axit nucleic
Thiên thạch đã được tìm thấy có chứa axit amin (khối xây dựng của protein), đường, axit béo (khối xây dựng của lipit) và cơ sở axit nucleic. Ví dụ, thiên thạch Murchison chứa các chuỗi axit béo, các loại đường khác nhau, tất cả năm cơ sở axit nucleic và hơn 70 axit amin khác nhau (sự sống sử dụng 20 axit amin, chỉ có sáu trong số đó là trong thiên thạch Murchison).
Do các thiên thạch carbon như vậy thường có cấu tạo đồng nhất, chúng được cho là đại diện cho đám mây bụi ban đầu mà từ đó mặt trời và hệ mặt trời được sinh ra. Vì vậy, có vẻ như gần như mọi thứ cần thiết cho sự sống đã có sẵn ngay từ đầu, và các thiên thạch và sao chổi sau đó thực hiện việc giao những vật liệu mới này cho các hành tinh theo thời gian.
Nếu điều này là đúng và nếu các đám mây bụi phân tử giống nhau về mặt hóa học trên khắp thiên hà, thì các thành phần cho sự sống sẽ được phổ biến rộng rãi.
Nhược điểm của việc sản xuất phi sinh học các thành phần cho sự sống là không ai trong số chúng có thể được sử dụng như là dấu ấn sinh học, chỉ số sống mà sống trong một môi trường cụ thể.
Max Bernstein chỉ vào thiên thạch Alan Hills 84001 như một ví dụ về các dấu ấn sinh học đã không cung cấp bằng chứng về sự sống. Năm 1996, Dave McKay thuộc Trung tâm Vũ trụ NASA Johnson Johnson và các đồng nghiệp của ông tuyên bố có bốn dấu ấn sinh học có thể có trong thiên thạch martian này. ALH84001 có các hạt carbon chứa PAHs, một phân bố khoáng chất gợi ý hóa học sinh học, các tinh thể từ tính giống như các tinh thể được tạo ra bởi vi khuẩn và hình dạng giống như vi khuẩn. Trong khi mỗi người một mình không được coi là bằng chứng cho cuộc sống, bốn người kết hợp có vẻ hấp dẫn.
Sau thông báo của McKay, các nghiên cứu tiếp theo cho thấy rằng mỗi trong số những cái gọi là dấu ấn sinh học này cũng có thể được sản xuất bằng phương tiện không sống. Do đó, hầu hết các nhà khoa học hiện đang có xu hướng tin rằng thiên thạch không chứa sự sống ngoài hành tinh hóa thạch.
Ngay sau khi họ có kết quả, mọi người đã nổ súng vì họ vì cách mà nó hoạt động, ông nói Bernstein. Cơ hội của chúng tôi không gây ra lỗi khi chúng tôi đưa ra một dấu ấn sinh học trên Sao Hỏa hoặc trên Europa sẽ tốt hơn nhiều nếu chúng tôi đã thực hiện tương đương với những gì những người đó đã làm sau khi McKay, et al., Xuất bản bài báo của họ.
Bernstein nói rằng bằng cách mô phỏng các điều kiện trên các hành tinh khác, các nhà khoa học có thể tìm ra điều gì sẽ xảy ra ở đó về mặt hóa học và địa chất. Sau đó, khi chúng ta ghé thăm một hành tinh, chúng ta có thể thấy thực tế phù hợp với dự đoán như thế nào. Nếu có bất cứ thứ gì trên hành tinh mà chúng ta không mong muốn tìm thấy, đó có thể là một dấu hiệu cho thấy các quá trình sống đã thay đổi bức tranh.
Bernstein cho biết, những gì bạn có trên Sao Hỏa hoặc trên Europa là những tài liệu mà Google đã được chuyển giao. Ngoài ra, bạn có bất cứ điều gì đã hình thành sau đó từ bất kỳ điều kiện nào. Vì vậy (để tìm kiếm sự sống), bạn cần nhìn vào các phân tử đang ở đó và ghi nhớ hóa học có thể xảy ra theo thời gian.
Bernstein cho rằng tính chirality, hay một phân tử của tay Mạnh, có thể là một dấu ấn sinh học ở các thế giới khác. Các phân tử sinh học thường có hai dạng, trong khi giống hệt nhau về mặt hóa học, có hình dạng trái ngược nhau: một hình chữ nhật tay trái, và hình ảnh phản chiếu của nó, một hình chữ nhật tay phải. Một bàn tay của phân tử là do các nguyên tử liên kết. Mặc dù sự thuận tay được phân tán đồng đều trong tự nhiên, nhưng trong hầu hết các trường hợp, các hệ thống sống trên Trái đất có axit amin thuận tay trái và đường thuận tay phải. Nếu các phân tử trên các hành tinh khác thể hiện sự ưa thích khác nhau về sự thuận tay, Bernstein nói, đó có thể là một dấu hiệu của sự sống ngoài hành tinh.
Bernstein nói rằng nếu bạn đã đến Sao Hỏa hoặc Europa và bạn thấy thiên vị giống như của chúng ta, với đường hoặc axit amin có tính chir của chúng ta, thì mọi người sẽ nghi ngờ rằng đó là sự ô nhiễm. Nếu bạn nhìn thấy một axit amin có khuynh hướng về bên phải hoặc nếu bạn thấy một loại đường có khuynh hướng về bên trái - nói cách khác, không phải dạng của chúng tôi - điều đó sẽ thực sự hấp dẫn.
Tuy nhiên, Bernstein lưu ý rằng các dạng chirus được tìm thấy trong thiên thạch phản ánh những gì nhìn thấy trên Trái đất: thiên thạch chứa axit amin thuận tay trái và đường thuận tay phải. Nếu các thiên thạch đại diện cho khuôn mẫu cho sự sống trên Trái đất, thì sự sống ở nơi khác trong hệ mặt trời cũng có thể phản ánh sự thiên vị tương tự trong sự thuận tay. Vì vậy, một cái gì đó nhiều hơn chirality có thể cần thiết cho bằng chứng của cuộc sống. Bernstein nói rằng việc tìm kiếm các chuỗi phân tử, như một vài axit amin liên kết với nhau, cũng có thể là bằng chứng cho sự sống, vì trong các thiên thạch, chúng ta có xu hướng chỉ nhìn thấy các phân tử đơn lẻ.
Nguồn gốc: NASA Astrobiology
