Vì sao giới khoa học chưa tìm thấy sự sống ngoài hành tinh?

Sự sống trên Trái đất hiện phụ thuộc vào các hợp chất hữu cơ bao gồm carbon và các nguyên tố khác như hydro, oxy, nitơ, phốt pho và lưu huỳnh. Tuy nhiên, các nhà khoa học từ lâu đã tự hỏi liệu sự sống ngoài hành tinh có thể tiến hóa dựa trên sự khác biệt đáng kể về mặt hóa học hay không. Nhiều nhà nghiên cứu từ lâu đã suy đoán rằng silicon cũng có thể đóng vai trò là xương sống cho sinh học.

“Điều quan trọng là phải khám phá khả năng để có cái nhìn về tất cả các dạng sống có thể tồn tại như thế nào trong vũ trụ, ngoài sự tương đồng với sự sống trên Trái đất”, đồng tác giả nghiên cứu mới Betül Kaçar, nhà sinh vật học vũ trụ, nhà vi khuẩn học và nhà sinh học tiến hóa tại Đại học Wisconsin-Madison (Mỹ) cho biết.

Một loại tương tác hóa học đóng vai trò then chốt cho sự sống trên Trái đất được gọi là “quá trình tự xúc tác”. Các phản ứng tự xúc tác có tính tự duy trì - chúng có thể tạo ra các phân tử khuyến khích phản ứng tương tự xảy ra lần nữa, giống như quá trình sinh sản.

“Một trong những lý do chính mà các nhà nghiên cứu về nguồn gốc sự sống quan tâm đến quá trình tự xúc tác là vì sinh sản - một đặc điểm quan trọng của sự sống - là một ví dụ về quá trình tự xúc tác. Sự sống tạo xúc tác để hình thành nhiều sự sống hơn. Một tế bào tạo ra hai tế bào, có thể trở thành bốn tế bào... Khi số lượng tế bào nhân lên, số lượng và tính đa dạng của các tương tác có thể cũng tăng theo”, ông Kaçar nói.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã tìm kiếm khả năng tự xúc tác ngoài các hợp chất hữu cơ. Họ lập luận rằng quá trình tự xúc tác có thể giúp thúc đẩy quá trình hình thành sự sống từ các hợp chất vô cơ.

Các nhà khoa học tập trung vào cái gọi là chu trình cân đối, có thể tạo ra nhiều bản sao của một phân tử. Những sản phẩm này có thể được sử dụng làm nguyên liệu ban đầu để giúp các chu trình này diễn ra lần nữa, dẫn đến quá trình tự xúc tác.

Tác giả chính của nghiên cứu Zhen Peng, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Wisconsin-Madison (Mỹ), nói với Space: “Sự cân đối được cho là độc nhất bởi vì nó là phản ứng duy nhất tạo ra bội số giống sự sinh sản”.

Để tìm ra những phản ứng này, các nhà khoa học đã phân tích hơn hai thế kỷ tài liệu khoa học được viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau. Đồng tác giả nghiên cứu Zach Adam, một nhà địa chất tại Đại học Wisconsin-Madison, cho biết: “Với các công cụ dịch thuật và công cụ tìm kiếm ngôn ngữ hiệu quả, chúng tôi có thể thực hiện đánh giá đầu tiên về mức độ phổ biến của các chu trình tự xúc tác”.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra 270 chu kỳ phản ứng tự xúc tác khác nhau. Kaçar cho biết: “Sự tự xúc tác có thể không hiếm đến thế, nhưng thay vào đó, nó có thể là đặc điểm chung của nhiều môi trường khác nhau, ngay cả những môi trường thực sự khác biệt với Trái đất”.

Theo các nhà khoa học, hầu hết trong số 270 chu trình không sử dụng các hợp chất hữu cơ để tự xúc tác. Chỉ có tám trong số này là phức tạp, gồm từ bốn phản ứng trở lên. Tất cả chu kỳ tự xúc tác đều đơn giản, mỗi chu trình chỉ bao gồm hai phản ứng.

“Người ta cho rằng những phản ứng kiểu này rất hiếm xảy ra. Chúng tôi đang chứng minh rằng nó thực sự không hề hiếm. Bạn chỉ cần tìm đúng chỗ là được”, ông Kaçar cho biết.

Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng họ có thể kết hợp nhiều chu kỳ lại với nhau, ngay cả khi chúng rất khác nhau. Điều này có thể dẫn đến các phản ứng hóa học tự duy trì, tạo ra nhiều loại phân tử khác nhau với mức độ phức tạp lớn. Nó mở ra triển vọng tìm thấy sự sống đa dạng trên các hành tinh khác, nơi chúng được hình thành dựa trên các chất hóa học khác biệt với sự sống ở Trái đất.

“Trọng tâm nghiên cứu giờ đây có thể chuyển sang tìm hiểu cách thức quá trình tự xúc tác, thông qua sự cân đối, có thể có những tác động rõ rệt hơn trong việc hình thành tính chất hóa học của một hành tinh”, nhà nghiên cứu Kaçar nói.

Ngoài ý nghĩa mà công trình này có thể mang lại cho việc tìm kiếm sự sống trong vũ trụ và tìm hiểu nguồn gốc của sự sống, các tác giả nghiên cứu khẳng định công trình này còn có thể mang lại những ứng dụng thực tế, chẳng hạn như “tối ưu hóa việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên và năng lượng”.