Các khối xây dựng của sự sống trên Trái đất có thể đã được cung cấp năng lượng bởi các tia lửa nhỏ nhảy giữa các giọt nước.
Bốn tỷ năm trước, Trái đất là một thế giới vô hồn, nhưng là một thế giới năng động. Sóng lớn, dòng suối chảy xiết và thác nước gầm rú đã tạo ra những luồng nước phun vào bầu khí quyển giàu carbon dioxide, nitơ, mêtan và amoniac. Các thí nghiệm gần đây cho thấy những luồng nước phun đó có thể đã giúp khởi động các phản ứng hóa học tạo ra các khối xây dựng của sự sống.
Theo nhà hóa học Richard Zare của Đại học Stanford và các đồng nghiệp của ông, các điện tích nhỏ tích tụ trong các giọt nước và giải phóng các luồng điện nhỏ có thể đủ để cung cấp năng lượng cho các phản ứng đó. Đây là một bước ngoặt mới trong một lý thuyết cũ và được tranh luận sôi nổi về nguồn gốc sự sống trên Trái đất.
Hầu hết các thông tin có sẵn cho thấy rằng Trái đất sơ khai không có nguồn cung cấp lớn các phân tử phức tạp này, nếu có, nhưng nó có các thành phần thô cho chúng: các kết hợp khác nhau của carbon, hydro, nitơ, oxy và phốt pho chỉ chờ được kết hợp theo đúng cách.
Nhưng việc xây dựng các phân tử mới đòi hỏi năng lượng. Zare và các đồng nghiệp của ông cho biết năng lượng cần thiết có thể đến từ "tia sét nhỏ", những tia điện cực nhỏ truyền giữa các giọt nước trong các luồng nước phun chuyển động trên Trái đất sơ khai.
Trong các thí nghiệm gần đây, nhóm các nhà hóa học nhận thấy rằng khi các giọt nước di chuyển xung quanh — chẳng hạn như trong hơi nước biển thổi theo gió — những giọt nước đó có xu hướng phát triển các điện tích khác nhau. Nó tương tự như quá trình tạo ra tia sét trong các đám mây, nhưng ở quy mô thu nhỏ. Điện tích tích tụ và cuối cùng các electron nhảy từ các giọt tích điện âm sang các giọt tích điện dương trong một tia sét nhỏ.
"Chúng ta thường nghĩ rằng nước rất lành tính, nhưng khi nó được chia thành các giọt nhỏ, nước có khả năng phản ứng cao", Zare nói trong tuyên bố. Phòng thí nghiệm của ông nghiên cứu các phản ứng hóa học trong và giữa các giọt nước nhỏ. Tia sét siêu nhỏ này, như Zare và các đồng nghiệp gọi, quá nhỏ và quá nhanh để có thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng họ đã ghi lại được bằng một máy ảnh tốc độ cao.
Kết quả của thí nghiệm gần đây này rất giống (ý định chơi chữ) với một thí nghiệm năm 1952 của các nhà hóa học Stanley Miller và Harold Urey tại Đại học Chicago, những người đã dùng tia lửa điện để bắn vào một chai hơi nước, mêtan, amoniac và khí hydro và thu được axit amin. Miller và Urey đề xuất rằng sự sống bắt đầu từ tia sét đánh vào đại dương nguyên thủy của Trái đất cách đây khoảng 4 tỷ năm.
Nhưng giả thuyết của họ đã trở thành tâm điểm chỉ trích, chủ yếu là vì sét không xảy ra đủ thường xuyên để kích hoạt đủ phản ứng hóa học trên một thứ rộng lớn và trải rộng như đại dương.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Sự sống như chúng ta biết có thể bắt nguồn từ một đám mây vũ trụ lạnh lẽo và cũ
— Đĩa hình thành hành tinh của một ngôi sao mới sinh có lượng nước gấp 3 lần so với tất cả các đại dương trên Trái đất
— Sự sống trên Trái đất có được tạo ra từ tia sét đánh từ đám mây xuống mặt đất không?
Zare và các đồng nghiệp cho biết nếu sự khởi đầu đến từ tia sét nhỏ trong các luồng nước phun, thay vì các tia sét lớn đánh xuống mặt nước, thì điều đó có thể giải quyết được vấn đề và tạo ra phiên bản mới cho giả thuyết cũ.
"Vào thời kỳ đầu của Trái đất, các luồng nước phun xuất hiện ở khắp mọi nơi — vào các khe nứt hoặc trên đá, và chúng có thể tích tụ và tạo ra phản ứng hóa học này", Zare cho biết trong một thông cáo báo chí gần đây. "Tôi nghĩ điều này khắc phục được nhiều vấn đề mà mọi người gặp phải với giả thuyết Miller-Urey."
Zare và các đồng nghiệp đã công bố công trình của họ trên tạp chí Science Advances.
Bốn tỷ năm trước, Trái đất là một thế giới vô hồn, nhưng là một thế giới năng động. Sóng lớn, dòng suối chảy xiết và thác nước gầm rú đã tạo ra những luồng nước phun vào bầu khí quyển giàu carbon dioxide, nitơ, mêtan và amoniac. Các thí nghiệm gần đây cho thấy những luồng nước phun đó có thể đã giúp khởi động các phản ứng hóa học tạo ra các khối xây dựng của sự sống.
Theo nhà hóa học Richard Zare của Đại học Stanford và các đồng nghiệp của ông, các điện tích nhỏ tích tụ trong các giọt nước và giải phóng các luồng điện nhỏ có thể đủ để cung cấp năng lượng cho các phản ứng đó. Đây là một bước ngoặt mới trong một lý thuyết cũ và được tranh luận sôi nổi về nguồn gốc sự sống trên Trái đất.
Khởi động quá trình hóa học của sự sống
Các nhà nghiên cứu vẫn đang cố gắng giải mã chính xác cách sự sống chuyển từ hóa học sang sinh học (và, trong vấn đề đó, vạch ra ranh giới giữa hai lĩnh vực này) từ 4 đến 3,5 tỷ năm trước. Một phần quan trọng của câu đố đó là tìm ra nguồn gốc của các hóa chất phức tạp tạo nên tế bào sống. Bao gồm những thứ như lipid trong màng tế bào của chúng ta, các nucleotide mã hóa gen của chúng ta, các axit amin tạo nên hầu hết các phần hoạt động của tế bào và các phân tử khác được xây dựng xung quanh các liên kết giữa các nguyên tử carbon và nitơ.Hầu hết các thông tin có sẵn cho thấy rằng Trái đất sơ khai không có nguồn cung cấp lớn các phân tử phức tạp này, nếu có, nhưng nó có các thành phần thô cho chúng: các kết hợp khác nhau của carbon, hydro, nitơ, oxy và phốt pho chỉ chờ được kết hợp theo đúng cách.
Nhưng việc xây dựng các phân tử mới đòi hỏi năng lượng. Zare và các đồng nghiệp của ông cho biết năng lượng cần thiết có thể đến từ "tia sét nhỏ", những tia điện cực nhỏ truyền giữa các giọt nước trong các luồng nước phun chuyển động trên Trái đất sơ khai.
Trong các thí nghiệm gần đây, nhóm các nhà hóa học nhận thấy rằng khi các giọt nước di chuyển xung quanh — chẳng hạn như trong hơi nước biển thổi theo gió — những giọt nước đó có xu hướng phát triển các điện tích khác nhau. Nó tương tự như quá trình tạo ra tia sét trong các đám mây, nhưng ở quy mô thu nhỏ. Điện tích tích tụ và cuối cùng các electron nhảy từ các giọt tích điện âm sang các giọt tích điện dương trong một tia sét nhỏ.
"Chúng ta thường nghĩ rằng nước rất lành tính, nhưng khi nó được chia thành các giọt nhỏ, nước có khả năng phản ứng cao", Zare nói trong tuyên bố. Phòng thí nghiệm của ông nghiên cứu các phản ứng hóa học trong và giữa các giọt nước nhỏ. Tia sét siêu nhỏ này, như Zare và các đồng nghiệp gọi, quá nhỏ và quá nhanh để có thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhưng họ đã ghi lại được bằng một máy ảnh tốc độ cao.
Sét siêu nhỏ trong chai
Zare và các đồng nghiệp đã phun hơi nước vào một buồng chứa hỗn hợp khí nhằm mô phỏng bầu khí quyển sơ khai của Trái đất, cách đây khoảng 2 tỷ năm: hỗn hợp độc hại của amoniac, mêtan, hydro và nitơ. Những tia sét siêu nhỏ trong hơi nước đã khởi động một loạt phản ứng hóa học tạo ra một số phân tử rất phức tạp: axit amin glycine, bazơ nucleotide uracil và các phân tử khác.Kết quả của thí nghiệm gần đây này rất giống (ý định chơi chữ) với một thí nghiệm năm 1952 của các nhà hóa học Stanley Miller và Harold Urey tại Đại học Chicago, những người đã dùng tia lửa điện để bắn vào một chai hơi nước, mêtan, amoniac và khí hydro và thu được axit amin. Miller và Urey đề xuất rằng sự sống bắt đầu từ tia sét đánh vào đại dương nguyên thủy của Trái đất cách đây khoảng 4 tỷ năm.
Nhưng giả thuyết của họ đã trở thành tâm điểm chỉ trích, chủ yếu là vì sét không xảy ra đủ thường xuyên để kích hoạt đủ phản ứng hóa học trên một thứ rộng lớn và trải rộng như đại dương.
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Sự sống như chúng ta biết có thể bắt nguồn từ một đám mây vũ trụ lạnh lẽo và cũ
— Đĩa hình thành hành tinh của một ngôi sao mới sinh có lượng nước gấp 3 lần so với tất cả các đại dương trên Trái đất
— Sự sống trên Trái đất có được tạo ra từ tia sét đánh từ đám mây xuống mặt đất không?
Zare và các đồng nghiệp cho biết nếu sự khởi đầu đến từ tia sét nhỏ trong các luồng nước phun, thay vì các tia sét lớn đánh xuống mặt nước, thì điều đó có thể giải quyết được vấn đề và tạo ra phiên bản mới cho giả thuyết cũ.
"Vào thời kỳ đầu của Trái đất, các luồng nước phun xuất hiện ở khắp mọi nơi — vào các khe nứt hoặc trên đá, và chúng có thể tích tụ và tạo ra phản ứng hóa học này", Zare cho biết trong một thông cáo báo chí gần đây. "Tôi nghĩ điều này khắc phục được nhiều vấn đề mà mọi người gặp phải với giả thuyết Miller-Urey."
Zare và các đồng nghiệp đã công bố công trình của họ trên tạp chí Science Advances.