Đi tìm 'hạt giống' sự sống để giải mã tương lai

Đây là công bố mới nhất trên tạp chí Geobiology chỉ ra rằng: Nghiên cứu này có thể làm sáng tỏ quá trình tiến hóa của các sự sống ngoài hành tinh tồn tại đâu đó trong vũ trụ mà con người đang tìm hiểu.

Theo đó, quá trình quang hợp, một quá trình sử dụng năng lượng mặt trời để tạo ra đường và các phân tử hữu cơ khác từ khí CO2 đóng vai trò rất lớn trong lịch sử phát triển của Trái đất. Quá trình quang hợp làm nên sự tồn tại của thực vật và các sinh vật quang hợp khác trên khắp địa cầu, từ đó duy trì mạng lưới phức tạp giữa động vật và các loại sự sống khác, đồng thời tạo ra khí oxy dẫn đến sự biến đổi của không khí trên mặt đất.

Tuy hiện tại oxy chiếm 1/5 bầu khí quyển của Trái đất song nó lại rất hiếm ở thời kỳ khởi thủy hành tinh mà con người đang sinh sống. Giáo sư Betul Kacar, nhà sinh học tiến hóa và sinh học vũ trụ tại Đại học Harvard cho biết: “Trái đất của chúng ta khá giống với môi trường ngoài vũ trụ trong phần lớn lịch sử của nó”.

Lần đầu tiên mà nguyên tố hóa học này tràn ngập vào bầu khí quyển Trái đất ở mức độ cao là vào khoảng 2,5 tỉ năm trước trong sự kiện oxy hóa lớn. Nghiên cứu trước đó cho biết độ nhảy vọt của nồng độ oxy này là do vi khuẩn màu lam (cyanobacteria) - loại vi khuẩn thực hiện quang hợp như thực vật và sản xuất khí oxy.

“Nghiên cứu về cách mà sự sống tiến hóa trên Trái đất lúc còn sơ khai có thể sẽ làm sáng tỏ những điều kiện liên quan chặt chẽ tới nhiệt độ và thành phần khí quyển của các hành tinh khác nằm ngoài Hệ Mặt trời hay nói cách khác, nghiên cứu này có thể giúp chúng ta hiểu về sự sống trên các hành tinh lạ” - GS Kacar cho biết.

Bước đầu tiên của quá trình quang hợp được kích hoạt bởi enzymerubisco - protein phong phú nhất trên Trái đất theo như các nghiên cứu trước đây chỉ ra. GS Kacar lý giải: “Nhiệm vụ của rubisco là thu nhận khí CO2 từ ngoài môi trường để biến chúng thành chất hữu cơ”.

Tìm hiểu thêm về sự tiến hóa của rubisco có thể làm sáng tỏ được quang hợp thời sơ khai như thế nào và những thay đổi mà nó đem tới cho địa cầu, qua đó có thể cho ta tầm nhìn sâu vào ảnh hưởng của quang hợp trên các hành tinh khác.

Để lập ra cây gia đình các họ rubisco, GS Kacar và đồng nghiệp đã sử dụng các mô hình máy tính để phân tích cấu trúc phân tử của nhiều phiên bản rubisco. So sánh và đối chiếu sự khác biệt giữa các phiên bản có thể làm sáng tỏ mối quan hệ xa gần giữa các protein này. Công trình này giúp họ suy luận ra các cấu trúc có thể của tổ tiên rubisco. Các nhà khoa học sau đó đã khôi phục lại các protein cổ đại này trên máy tính để quan sát cách hoạt động của chúng.

Ông Kacar cho biết: “CO2 và O2 có gần như cùng kích cỡ và đặc tính hóa học giống nhau, vậy nên rubisco có thể bị nhầm lẫn giữa 2 phân tử. Khi rubisco thu O2 lại thay vì CO2 thì nó không thể sinh khối bởi không tồn tại carbon trong oxy”.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu muốn tạo nên các vi khuẩn mang trong mình phiên bản cổ đại của rubisco sau đó so sánh các đặc tính hóa học của chúng với các thành phần hóa học trong hóa thạch để biết thêm về những sự kiện đã xảy ra ở Trái đất sơ khai, từ đó đưa ra giải thiết rằng liệu con người có thể phát triển một dạng hành tinh giống như nơi chúng ta đang tồn tại bên ngoài vũ trụ hay không!?