Một nghiên cứu vào năm 2010 cho thấy chúng ta có thể đã bỏ sót các dạng thức của sự sống trên Trái Đất và trong vũ trụ. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện được một loại vi khuẩn có thể sinh trưởng trong môi trường asen (hay thạch tín), một loại chất độc, thay cho phốt pho, vốn được cho là một nguyên tố cần thiết cho mọi sự sống trên Trái Đất.

vi khuanChủng vi khuẩn GFAJ-1 có thể sinh trưởng trong môi trường độc tính asen thay vì phốt pho. (Ảnh: Courtesy of Science/AAAS)

“Chúng ta biết rằng một vài loại vi khuẩn có thể hấp thụ asen, nhưng điều chúng tôi đã phát hiện được ở đây là một loại vi khuẩn lạ thường, hấp thụ asen để hình thành nên các bộ phận cơ thể của nó”, Tiến sĩ Felisa Wolfe-Simon, trưởng nhóm nghiên cứu và là Thành viên Nghiên cứu Sinh vật học vũ trụ tại NASA, tuyên bố trong một thông cáo báo chí.

“Phát hiện này đã cho thấy khả năng sinh tồn trong một dạng thức rất khác biệt so với những gì chúng ta đã biết trước đây”,  TS Wolfe-Simon phát biểu trong một buổi họp báo được phát sóng trực tiếp trên trang web của NASA vào ngày 2/12/2010. “Theo sau phát hiện này, ít nhất một số đoạn trong sách giáo khoa sẽ cần phải được viết lại”.

Nghiên cứu này, được tài trợ bởi NASA và đăng tải trên tạp chí Science, đã được thực hiện với chủng vi khuẩn GFAJ-1, một chủng vi khuẩn trong nhóm proteobacterium thuộc họ Halomonadaceae, được thu thập từ hồ Mono ở California (Mỹ).

Các tính chất hóa học tương đồng

“Sự sống được hình thành chủ yếu từ các nguyên tố cacbon, hydro, nitơ, ôxy, lưu huỳnh và phốt pho”, các nhà nghiên cứu viết trong tư liệu nghiên cứu. “Tuy sáu nguyên tố này tạo nên các axit nucleic, protein và lipid, và do đó cấu thành nên các dạng vật chất sống, nhưng trên lý thuyết một vài những nguyên tố khác trong bảng tuần hoàn cũng có thể đóng các vai trò tương tự”.

TS Wolfe-Simon muốn thử nghiệm khả năng của vi khuẩn trong việc sử dụng asen như một loại chất thay thế phốt pho, bởi chúng có các cấu trúc hóa học tương đồng, bà giải thích trong buổi họp báo.

Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, hai nguyên tố Phốt pho (C) và Asen (As) đều thuộc nhóm nitơ, với asen nằm ngay bên dưới phốt pho trong bảng tuần hoàn. Các nguyên tố nằm trực tiếp ở trên hoặc ở dưới của nhau trong bảng tuần hoàn sẽ có các tính chất tương đồng, vì chúng có cùng số lượng electron trong lớp vỏ electron ngoài cùng, và sự chênh lệch giữa số lượng các lớp vỏ electron chỉ là một.

tien si felisa wolfe-simonTiến sĩ Felisa Wolfe-Simon đang lấy mẫu từ một lõi trầm tích được bà đào lên tại vùng bờ hồ xa xôi trải dài 16 km của hồ Mono, bang California, Mỹ. Bà đã sử dụng các mẫu vật này như những mẻ nuôi cấy vi khuẩn đầu tiên, để chọn lựa trong đó các vi khuẩn đặc thù có thể tồn tại và phát triển mạnh trong môi trường có tỷ lệ asen cao, và không bổ sung phốt pho. (Ảnh: Henry Bortman)

“Về mặt sinh học, asen (ở trạng thái oxy hóa 5+ như asenat) là khá tương đồng với phốt phát, nên nhiều loại enzym không thể nhận ra được sự khác biệt”, TS Wolfe-Simon đã viết trên trang web của bà. “Về mặt vô cơ, [asen] và [phốt pho] có bán kính nguyên tử và độ điện âm rất tương đồng (đặc biệt khi so sánh với nguyên tố nitơ ở vị trí ngay bên trên chúng trong bảng tuần hoàn)”.

Các nhà khoa học đã cung cấp các dưỡng chất cần thiết cho vi khuẩn phát triển, nhưng lại bổ sung asen thay vì phốt pho vào môi trường nuôi cấy, vốn được “xử lý qua rất nhiều quá trình chuyển đổi dung dịch pha loãng thập phân chủ yếu nhằm giảm thiểu bất kỳ sự lưu tồn tiềm tàng nào của phốt pho bản địa”, các nhà nghiên cứu đã viết trong tài liệu của họ.

“Chúng tôi nhận thấy loại vi khuẩn này không chỉ đối phó, hay xử lý độc tính [trong môi trường asen], mà nó còn sinh trưởng và phát triển mạnh mẽ”, TS Wolfe-Simon phát biểu trong buổi họp báo.

Tuy rằng các nhà khoa học hiện vẫn chưa biết được liệu phốt pho có phải hoàn toàn chưa được dùng đến trong những tế bào của vi khuẩn hay không (vì những tế bào trước đó được tạo thành từ phốt pho), nhưng vi khuẩn vẫn có thể sinh trưởng thành công dù không hấp thụ loại chất này. Chí ít asen đã được sử dụng trong các phân tử sinh học của vi khuẩn như DNA và ATP (hiện giờ có thể được gọi là ATA, vì nó đã có một cấu trúc mới), cư trú tại các điểm trong các phân tử được cho là phốt pho.

Nghiên cứu này cho thấy có thể tồn tại sự sống từ môi trường asen và không cần tới phốt pho trên Trái Đất và trong vũ trụ .

Hành trình tìm kiếm sự sống

Trong cuốn sách năm 1990 với tiêu đề  “Các mô hình thất lạc: Hình ảnh của nhân loại phản chiếu trong chiếc gương khoa học” (Paradigms Lost: Images of Man in the Mirror of Science), nhà toán học John L. Casti đã khám phá các giả thuyết khác nhau về nguồn gốc của sự sống, khi xem xét những lập luận khác nhau, ủng hộ lẫn phản đối. Sau cùng ông đi đến kết luận rằng giả thuyết của nhà hóa học Alexander Graham Cairns-Smith, theo đó sự sống bắt đầu xuất hiện với sự hình thành của các tinh thể silic thay vì cacbon, là hợp lý nhất.

Với các phát hiện của TS Wolfe-Simon và đồng nghiệp, hiện chúng ta đã có một lập luận ủng hộ mạnh mẽ hơn đối với các giả thuyết được miêu tả trong cuốn sách của nhà toán học Casti.

Phát hiện này cho thấy các nguyên tố như cacbon, hydro, nitơ, oxy và lưu huỳnh (được mệnh danh là các nguyên tố cấu thành nên sự sống) có thể được thay thế bằng các nguyên tố tương đương trong một vài dạng thức sống đang hiện hữu, dù vẫn chưa được phát hiện. Chính vì vậy, trong hành trinh tìm kiếm sự sống trong không gian, chúng ta có thể đã bỏ sót các hành tinh tuy không chứa các nguyên tố này, nhưng thực chất vẫn tồn tại sự sống, với những dạng thức của sự sống cấu thành từ các nguyên tố khác biệt so với những chất liệu [cần thiết để] tạo nên sự sống chúng ta biết trước đây.

“Đây là một phát hiện to lớn, đáng kể, sẽ thúc đẩy các lĩnh vực nghiên cứu mới và sẽ thay đổi hoàn toàn cách thức chúng ta định nghĩa sự sống, từ đó sẽ thay đổi phương thức chúng ta tìm kiếm nó”, TS Wolfe-Simon phát biểu trong buổi họp báo.

“Phát hiện này sẽ cho chúng ta biết về sự sống trên hành tinh này, và nó sẽ cho chúng ta biết về sự sống—có lẽ chúng ta sẽ tìm thấy vào một ngày nào đó—ở những khu vực khác trong vũ trụ”.

“Khi chúng ta theo đuổi những nỗ lực tìm kiếm các dấu hiệu của sự sống trong hệ Mặt Trời, chúng ta phải suy nghĩ rộng hơn, đa dạng hơn. và cân nhắc đến sự sống bởi chúng ta chưa biết về nó”, Ed Weiler, phó quản lý Ban Sứ mệnh Khoa học (Science Mission Directorate) của NASA tại trụ sở của cơ quan này ở Washington, Mỹ, chia sẻ trong một thông cáo báo chí.

TS Wolfe-Simon và các đồng nghiệp đang tiến hành thêm nhiều nghiên cứu về đề tài này.

Trong chuyên mục Khoa học huyền bí, Đại Kỷ Nguyên khám phá các nghiên cứu và các sự kiện liên quan tới các hiện tượng và giả thuyết đang thách đố hiểu biết của chúng ta hiện này. Chúng tôi sẽ đào sâu vào những ý tưởng có thể kích thích trí tưởng tượng và mở ra những khả năng mới. Hãy chia sẻ với chúng tôi suy nghĩ của bạn về những chủ đề có thể gây nhiều tranh luận trong phần bình luận bên dưới.

Tác giả: Stephanie Lam, Đại Kỷ Nguyên tiếng Anh
Đọc bản gốc ở đây.
Ngọc Mai biên dịch

Từ Khóa: