Tuy nhiên, sự sống có thể tồn tại mà không cần thiết phải trên một hành tinh. Đây là đề xuất gây sốc của hai nhà khoa học từ Scotland và Mỹ, gợi ý chúng ta xem xét lại khái niệm về môi trường sống.

Chúng ta thường tập trung vào các hành tinh như môi trường cho sự sống vì chúng đáp ứng các điều kiện cần thiết để sự sống tồn tại. Có nhiệt độ và áp suất phù hợp để giữ nước ở trạng thái lỏng và lớp bảo vệ khỏi bức xạ có hại là những yêu cầu chính đối với sự sống nhờ quang hợp. Nhưng nếu các môi trường khác cũng có thể cung cấp những nhu cầu này thì sao?

Bỏ qua thiên kiến về sự sống trên hành tinh

Trong nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Astrobiology có tựa đề "Môi trường sống tự duy trì ở môi trường ngoài Trái đất", hai nhà nghiên cứu chỉ ra rằng các hệ sinh thái có thể tạo ra và duy trì các điều kiện cần thiết cho sự sống của chính chúng mà không cần đến một hành tinh.

Các tác giả là Giáo sư Robin Wordsworth chuyên về Khoa học Trái đất và Hành tinh từ Đại học Harvard và Giáo sư Charles Cockell chuyên về Sinh học vũ trụ từ Khoa Vật lý và Thiên văn học thuộc Đại học Edinburgh.

Họ viết: "Các định nghĩa chuẩn về khả năng duy trì sự sống cho rằng sự sống đòi hỏi sự hiện diện của hành tinh để ổn định nước lỏng và điều chỉnh nhiệt độ bề mặt. Ở đây, chúng tôi đánh giá việc nới lỏng giả định này".

Wordsworth và Cockell viết rằng các cấu trúc sinh học có thể mô phỏng các điều kiện cho phép duy trì sự sống mà không cần hành tinh. Chúng có thể cho ánh sáng đi vào để quang hợp trong khi chặn tia UV. Chúng cũng có thể ngăn ngừa sự mất mát dễ bay hơi trong chân không và duy trì nhiệt độ và áp suất trong phạm vi cần thiết để nước được giữ ở trạng thái lỏng.

"Các màng bảo vệ sinh học có khả năng truyền bức xạ khả kiến, chặn tia cực tím và duy trì các lớp nhiệt độ từ 25-100 độ K và chênh lệch áp suất 10 kPa so với chân không của không gian. Điều đó có thể cho phép các điều kiện duy trì sự sống trong khoảng từ 1 đến 5 đơn vị thiên văn trong Hệ Mặt trời" (1 đến 5 AU tương đương khoảng không trong phạm vi giữa quỹ đạo của Trái đất và sao Mộc).

Họ đặt vấn đề: "Để hiểu được những hạn chế đối với sự sống ngoài Trái đất, chúng ta có thể bắt đầu bằng cách xem xét lý do tại sao hành tinh xanh của chúng ta lại là môi trường lý tưởng cho sự sống”.

Trái đất không chỉ cung cấp nước lỏng và bảo vệ khỏi bức xạ mà còn là toàn bộ hệ thống với các lớp phức tạp tương tác. Bề mặt của hành tinh tiếp xúc với nguồn năng lượng dễ tiếp cận từ Mặt trời, thúc đẩy toàn bộ sinh quyển. Các nguyên tố mà chúng ta nghĩ là thiết yếu cho sự sống đều có sẵn: carbon, hydro, nitơ, oxy, phốt pho và lưu huỳnh. Chúng tuần hoàn qua sinh quyển thông qua hoạt động núi lửa và kiến ​​tạo mảng và những quá trình này luôn vận động.

Trái đất cũng đang oxy hóa trong khí quyển và trên bề mặt và khử oxy ở các khu vực khác như trầm tích và lớp dưới bề mặt sâu. Các tác giả giải thích điều này cho phép "khai thác các lớp oxy hóa khử cho mục đích trao đổi chất".

Những điều kiện đó không tồn tại ở nơi nào khác. Ngành sinh học vũ trụ nhắm mục tiêu vào các mặt trăng đóng băng trong Hệ mặt trời vì các đại dương ấm và mặn của chúng. Nhưng chúng có chu trình dinh dưỡng không?

Các thiên thể có khối lượng thấp phần ngoài Hệ Mặt trời (từ sao Mộc trở ra) có diện tích bề mặt khá rộng rãi, nhưng năng lượng của Mặt trời lại yếu. Hơn nữa, chúng khó có thể giữ được bầu khí quyển của mình dẫn đến không thể duy trì áp suất và nhiệt độ thích hợp cho nước lỏng. Chúng cũng không được bảo vệ trước bức xạ UV và tia vũ trụ.

Sinh vật cần thích nghi thế nào?

Do đó, các tác giả cho rằng: "Để tồn tại ngoài Trái đất, bất kỳ sinh vật sống nào cũng phải thay đổi hoặc thích nghi với môi trường của mình đủ để vượt qua những thách thức này".

Theo họ, các sinh vật ở trên Trái đất đã có thể làm được điều đó. Có khả năng là các hệ sinh thái đã phát triển các điều kiện để tự tồn tại. Và nếu sự sống quang hợp có thể làm được điều đó trong chân không, thì chúng ta cũng có thể làm gì đó trong không gian. Đây sẽ là một lợi ích lớn cho hoạt động thám hiểm không gian của con người.

Bắt đầu với nước hay chính xác hơn là nước lỏng, các nhà khoa học gọi đó là điểm ba của nó. Trong nhiệt động lực học, điểm ba của một chất là nhiệt độ và áp suất mà tại đó ba pha (khí, lỏng và rắn) của chất đó cùng tồn tại ở trạng thái cân bằng nhiệt động. Đó là nhiệt độ và áp suất mà tại đó các đường cong thăng hoa, nóng chảy và hóa hơi gặp nhau.

Họ giải thích: "Áp suất tối thiểu cần thiết để duy trì nước lỏng là điểm ba: 611,6 Pa ở 0°C. Con số đó tăng lên vài kPa trong khoảng từ 15 đến 25°C.

Vi khuẩn lam có thể phát triển với áp suất không khí là 10 kPa, miễn là ánh sáng, nhiệt độ và độ pH nằm trong phạm vi phù hợp. Câu hỏi đặt ra là, liệu có bất kỳ sinh vật sống nào mà chúng ta biết tạo ra được những lớp màng có thể duy trì 10 kPa không?

Các tác giả viết: "Các vật liệu sinh học dễ dàng duy trì sự chênh lệch áp suất bên trong ở mức 10 kPa và trên thực tế, chúng phổ biến ở các sinh vật lớn trên Trái đất. Chẳng hạn huyết áp tăng từ đầu đến chân của một người cao 1,5m là khoảng 15 kPa".

Rong biển cũng có thể duy trì áp suất bên trong nốt sần nổi là 15-25 kPa bằng cách giải phóng CO2 từ quá trình quang hợp.

Nhiệt độ là yếu tố tiếp theo cần cân nhắc khi nói đến nước lỏng. Trái đất duy trì nhiệt độ của nó thông qua hiệu ứng nhà kính khí quyển. Nhưng các vật thể đá nhỏ, chẳng hạn, không có khả năng thực hiện hiệu ứng này. Ngoài ra, năng lượng đến và năng lượng đi ra cần phải được cân bằng.

Thế nhưng, một số sinh vật trên Trái đất đã tiến hóa để duy trì sự cân bằng này. Wordsworth và Cockell nêu ví dụ: "Kiến ​​bạc Sahara đã tiến hóa cả khả năng tăng cường phản xạ hồng ngoại và khả năng phát xạ nhiệt của chúng, cho phép chúng sống sót ở nhiệt độ môi trường cao hơn phạm vi của tất cả các loài chân khớp đã biết khác. Điều này cho phép chúng sống khỏe nhờ vẫn có thể kiếm ăn trong cái nóng của ban ngày khi những kẻ săn mồi phải tránh xa ánh nắng Mặt trời”.

(còn tiếp)

Anh Tú