Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge đã xác định được một quá trình gọi là đồ họa hóa mà họ đưa ra giả thuyết có thể tạo ra các phân tử cần thiết để hình thành sự sống như protein, phospholipid và nucleotide trên Trái đất sơ khai. Quá trình này, được nhấn mạnh trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí Life, cho thấy nhiệt độ cao do ảnh hưởng của thiên thể và tương tác với sắt và nước có thể hợp lý hóa môi trường hóa học, tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành các thành phần cần thiết cho sự sống.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge cho rằng các phân tử thiết yếu cho quá trình tiến hóa của sự sống có thể đã phát sinh từ một quá trình gọi là quá trình đồ họa hóa. Nếu điều này được xác nhận thông qua các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, nó có thể cho phép chúng ta mô phỏng các điều kiện có khả năng tạo ra sự sống.
Làm thế nào các hóa chất cần thiết cho sự sống có được ở đó?
Làm thế nào những điều kiện dường như tình cờ cho sự sống nảy sinh trong tự nhiên đã được tranh luận từ lâu, với nhiều giả thuyết đi vào ngõ cụt. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cambridge hiện đã mô hình hóa cách thức những điều kiện này xảy ra, tạo ra các thành phần cần thiết cho sự sống với số lượng lớn.
Sự sống được chi phối bởi các phân tử gọi là protein, phospholipid và nucleotide. Nghiên cứu trước đây cho thấy các phân tử chứa nitơ có lợi như nitrile – Xyanaxetylen(HC3N) và Hydro xyanua(HCN) – và isonitril – Isocyanua(HNC) và Metyl isocyanua(CH3NC) – Có thể được sử dụng để tạo ra những yếu tố thiết yếu của cuộc sống. Cho đến nay, không có cách nào rõ ràng để tạo ra tất cả những thứ này trong cùng một môi trường với số lượng lớn.
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên mạng sốngHiện tại, nhóm đã phát hiện ra rằng, thông qua một quá trình được gọi là than chì, về mặt lý thuyết có thể tổng hợp được một lượng lớn các phân tử có lợi này. Nếu mô hình có thể được xác minh bằng thực nghiệm, nó sẽ gợi ý rằng quá trình này có thể là một bước đầu tiên của Trái đất trên hành trình hướng tới sự sống.
Tại sao quá trình này có nhiều khả năng xảy ra hơn những quá trình khác?
Vấn đề lớn nhất với các mẫu trước đây là một loạt các sản phẩm khác được tạo ra cùng với nitrile. Điều này tạo ra một hệ thống hỗn loạn cản trở sự hình thành sự sống.
Tiến sĩ Paul Rimmer, trợ lý giáo sư vật lý thiên văn thực nghiệm tại Phòng thí nghiệm Cavendish và đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết: “Phần lớn cuộc sống là sự đơn giản. “Đó là hệ thống.” Chúng tôi đã tìm ra cách loại bỏ một số vấn đề phức tạp bằng cách kiểm soát những gì có thể xảy ra trong hóa học.
Chúng ta không mong đợi sự sống được tạo ra trong một môi trường hỗn loạn. Vì vậy, điều đáng kinh ngạc là cách than chì tự làm sạch môi trường, vì quá trình này chỉ tạo ra các nitriles và isonitriles này, với hầu hết các sản phẩm phụ trơ.
Sơ đồ thể hiện kịch bản mà chúng tôi đề xuất ở đây để sản xuất nguyên liệu thô prebiotic sạch, năng suất cao. Các sự kiện diễn ra theo chiều kim đồng hồ từ trên cùng bên trái: Đầu tiên, Trái đất có bầu khí quyển trung hòa. Hiệu suất này giảm đi sau một va chạm khổng lồ 4,3 G bằng cách oxy hóa lõi kim loại của máy va chạm để tạo ra một lượng lớn hydro.2 Bầu không khí có lượng lớn khí metan và amoniac. Bầu khí quyển này nguội đi nhanh chóng (trong vòng chưa đầy một năm) và quá trình quang hóa tạo ra sương mù giàu tholin làm lắng đọng các vật liệu hữu cơ phức tạp, giàu nitơ. Những vật chất hữu cơ này dần dần bị chôn vùi và hút đi do tương tác với magma. Bầu trời trở nên trong xanh như H2 Nó lạc vào không gian và trở lại trung tính. Cuối cùng, khí nóng chảy phản ứng với than chì và được cọ xát để tạo ra lượng lớn HCN và HC sạch.3N, isonitril. Tín dụng: Oliver Shortle
Rimmer nói: “Lúc đầu, chúng tôi nghĩ rằng điều này sẽ làm hỏng mọi thứ, nhưng nó thực sự khiến mọi thứ trở nên tốt hơn rất nhiều.
Điều này có nghĩa là than chì có thể mang lại sự đơn giản mà các nhà khoa học đang tìm kiếm và môi trường trong sạch cần thiết cho sự sống.
Làm thế nào để quá trình này làm việc?
Kỷ nguyên Hadean là thời kỳ sớm nhất trong lịch sử Trái đất, khi Trái đất rất khác với Trái đất hiện đại của chúng ta. Không có gì ngạc nhiên khi xảy ra va chạm với các mảnh vụn, đôi khi có kích thước bằng các hành tinh. Nghiên cứu cho thấy rằng khi Trái đất sơ khai va chạm với một vật thể có kích thước gần bằng Mặt trăng, khoảng 4,3 tỷ năm trước, sắt trong đó đã tương tác với nước trên Trái đất.
Đồng tác giả, Tiến sĩ Oliver Shortle, Giáo sư Triết học Tự nhiên tại Viện Thiên văn học và Khoa Khoa học Trái đất tại Cambridge, cho biết: “Một thứ gì đó có kích thước bằng Mặt trăng đã va chạm với Trái đất sớm và sẽ tích tụ một lượng lớn sắt và các kim loại khác”. '
Các sản phẩm phản ứng của sắt và nước ngưng tụ tạo thành nhựa đường trên bề mặt trái đất. Sau đó hắc ín phản ứng với magma ở nhiệt độ trên 1500°C và cacbon trong hắc ín biến thành than chì – một dạng cacbon rất ổn định – đó là thứ chúng ta sử dụng trong bút chì hiện đại!
Khi sắt phản ứng với nước, sương mù được hình thành và ngưng tụ và trộn lẫn với lớp vỏ Trái đất. Shortell cho biết: “Khi đun nóng, những gì còn lại là các hợp chất chứa nitơ có lợi”.
Có bằng chứng gì để hỗ trợ ý tưởng này?
Bằng chứng ủng hộ lý thuyết này một phần xuất phát từ sự hiện diện của đá komatiite. Komatite là một loại đá lửa hình thành khi magma rất nóng nguội đi (>1500°C).
Komatite ban đầu được tìm thấy ở Nam Phi. Shortell nói: “Những tảng đá có niên đại khoảng 3,5 tỷ năm trước. “Quan trọng hơn, chúng tôi biết rằng những tảng đá này chỉ hình thành ở nhiệt độ khắc nghiệt, khoảng 1.700 độ C!” Điều này có nghĩa là magma đã đủ nóng để làm nóng nhựa đường và tạo thành nitrile hữu ích.
Với mối liên hệ đã được xác nhận, các tác giả cho rằng các hợp chất chứa nitơ sẽ được tổng hợp thông qua phương pháp này. Vì chúng ta nhìn thấy komatit nên chúng ta biết rằng nhiệt độ của magma trên Trái đất sơ khai đôi khi lên tới hơn 1.500 độ C.
Vậy thì sao?
Bây giờ các thí nghiệm phải cố gắng tái tạo lại những điều kiện này trong phòng thí nghiệm và nghiên cứu xem liệu nước, tất yếu hiện diện trong hệ thống, có ăn hết các hợp chất nitơ, phá vỡ chúng hay không.
Reimer nói: “Mặc dù chúng tôi không biết chắc chắn rằng những phân tử này đã bắt đầu sự sống trên Trái đất, nhưng chúng tôi biết rằng các khối xây dựng của sự sống phải được tạo thành từ các phân tử sống sót trong nước”. “Nếu các thí nghiệm trong tương lai cho thấy nitrile bị phá vỡ, chúng ta sẽ phải tìm một phương pháp khác”.
Tham khảo: “Nguồn thủy nhiệt bề mặt của nitrile và isonitrile” của Paul P. Rimmer và Oliver Shortle, ngày 10 tháng 4 năm 2024, mạng sống.
doi: 10.3390/life14040498
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Nghiên cứu Cambridge dành cho Khoa học Hành tinh và Sự sống trong Vũ trụ.