Vật liệu lâu đời nhất trên Trái Đất có thể sẽ là đáp án cho câu hỏi sự sống bắt đầu từ đâu?

Vào ngày 28/9/1969, khi người dân Murchison, Australia đang chuẩn bị đến nhà thờ thì vào khoảng 10h48, người dân phát hiện trên bầu trời xuất hiện một quả cầu lửa màu cam, kèm theo đó là một vệt khói xanh rơi xuống đất. Vài phút sau, thiên thạch này rơi xuống khu vực gần Murchison và xuất hiện những tiếng động rất lớn, may mắn là không có ai bị thương ngoại trừ một mái nhà kho chứa cỏ khô bị hư hại.

Và sự xuất hiện của thiên thạch Murchison đã thúc đẩy sự hiểu biết của các nhà khoa học về lịch sử loài người và giúp chúng ta hiểu sâu hơn về câu hỏi: Thành phần hóa học của sự sống có nguồn gốc từ quá trình tiến hóa của Trái Đất hay từ ngoài không gian?

Các hạt stardust trong thiên thạch Murchison là vật chất rắn lâu đời nhất trên Trái Đất. Một số hạt có tuổi đời lên tới 7 tỷ năm, tuy nhiên, Mặt Trời trong hệ mặt trời của chúng ta chỉ có 4,6 tỷ năm tuổi. Bởi vậy thiên thạch này được cho là hình thành trong thời kỳ tăng cường sao.

Quá trình hình thành thiên thạch cũng vô cùng phức tạp, chúng sẽ lang thang trong không gian và kích thước của cũng cũng sẽ tăng dần theo thời gian. Bởi vậy thành phần của thiên thạch bao gồm vật chất từ các ngôi sao, siêu tân tinh và các mảnh thiên thể ngoài Trái Đất khác. Các chuyên gia hiện đang suy đoán rằng lịch sử của các hạt thiên thạch Murchison có thể bắt nguồn từ 7 tỷ năm trước.

Thiên thạch Murchison thuộc loại chondrit cacbon, thành phần của nó chứa 2% cacbon (rất hiếm đối với thiên thạch) và những hạt chondrit nhỏ gọi là hạt cầu silicat. Các chất hữu cơ trong thiên thạch đặc quánh lại với nhau và có mùi như bơ đậu phộng thối.

Chondrites là vật chất rắn đầu tiên ngưng tụ từ tàn tích của các đám mây khí. Các đám mây khí bao gồm bụi sao hình thành nên hệ mặt trời. Chondrites được coi là loại đá không gian nguyên thủy và hiếm gặp nhất vì chúng hiếm khi lộ diện.

Những thiên thạch này vẫn lưu giữ những thông tin quan trọng về sự ra đời của mặt trời, không giống như những thiên thạch khác, chúng sẽ bị đốt nóng gây ra những biến đổi hóa học và xóa đi dấu vết của mình.

Các hạt Stardust được cấu tạo từ cacbua silic và đôi khi chúng sẽ tương tác với các tia vũ trụ năng lượng cao và khiến silic phân tách thành các đồng vị neon và heli. Bởi vậy, các nhà khoa học có thể sử dụng tính năng này để tính tuổi của nó, sau đó tính toán thời gian hình thành cụ thể của stardust.

Các nhà khoa học đã chiết xuất các spherulite cacbua silic từ thiên thạch trong phòng thí nghiệm. Các mẫu này sau đó được đặt trên một khối phổ kế. Khối phổ kế làm nóng các spherulit cacbua silic đến một nhiệt độ nhất định và sau đó bắt đầu giải phóng khí bị mắc kẹt trong các hạt. Phân tích đồng vị của các khí được giải phóng sẽ giúp xác định liệu chúng có được tạo ra bởi sự tương tác của các tia vũ trụ hay không. Bằng cách đếm số lượng phân tử đồng vị neon, các nhà khoa học cũng có thể tính được tuổi của vật liệu thiên thạch.

Có thể nói các thiên thạch là công cụ "rẻ" nhất để khám phá không gian vì chúng rơi trên bề mặt Trái Đất. Những "viên đá" quý hiếm này cung cấp cho chúng ta bằng chứng về sự tồn tại của vật chất cacbon phức tạp trong vũ trụ.

May mắn thay, thiên thạch Murchison vẫn còn "tươi" khi rơi xuống Trái Đất, khi được gửi đến Đại học Melbourne, nó vẫn đang nhả khí và chưa bị ô nhiễm bởi tiếp xúc với mặt đất. Trước giá trị nghiên cứu quan trọng của mẫu này, NASA và các cơ quan nghiên cứu khác sẽ nghiên cứu và phân tích nó cùng với các mẫu đá Mặt Trăng mới thu thập được.

Các nghiên cứu sơ bộ về thiên thạch đã cho thấy sự tồn tại của một số phân tử sinh hóa quan trọng, chẳng hạn như: axit amin (chất cơ bản của sự sống), glycine, alanin, proline, valine và 4 axit amin thiết yếu khác.

Các axit amin có trong thiên thạch là hỗn hợp raxemic (hỗn hợp của các phân tử thuận trái và phân tử thuận phải). Chúng không giống như các sinh vật sống, chỉ có xu hướng chọn các axit amin thuận trái.

Các phân tử axit amin không có cánh tay như con người, nhưng cấu trúc của chúng sẽ không đối xứng với nhau, khi thử chồng các phân tử axit amin lại với nhau, bạn vẫn có thể thấy những phần thò ra theo các hướng khác nhau.

Tương tự như vậy, một số phân tử hữu cơ phức tạp có cùng công thức phân tử nhưng khả năng kết nối của chúng có thể sẽ khác nhau. Chúng được gọi là "phân tử bất đối" và được phân biệt bằng "tính thuận".

Sau 50 năm phân tích chuyên sâu, các nhà khoa học cuối cùng đã phát hiện ra rằng có một số phân tử "ngọt" trong thiên thạch Murchison, chứa đường phức và polyol, là thành phần cơ bản của DNA và RNA. Ngoài ra, trong thiên thạch còn có một số loại đường thiết yếu sinh học như dihydroxyacetone (tiền chất của enzym cơ thể), glycerol (giúp cấu tạo màng tế bào), và ribose (thành phần DNA).

Khám phá này có ý nghĩa to lớn đối với các nhà hóa học và sinh học, bởi vì đường hóa học của các vật thể ngoài Trái Đất có thể là mắt xích còn thiếu trong việc tìm ra nguồn gốc của sự sống.

Một số nhà khoa học tin rằng các thiên thạch đã rơi xuống Trái Đất một cách ngẫu nhiên từ hàng tỷ năm trước, các nguyên tố quan trọng nhất đối với sự sống, chẳng hạn như carbon, oxy, nitơ, lưu huỳnh và hydro cũng theo đó mà được chuyển lên bề mặt Trái Đất.

Quan điểm này bắt nguồn từ thí nghiệm Miller-Yuri, mở ra thế giới hóa học trước nguồn gốc sự sống, một lĩnh vực tiến hóa hóa học cố gắng tìm hiểu sự hình thành các chất sinh học phức tạp từ các phân tử đơn giản.

Năm 1952, Stanley Miller và giáo sư Harold Yuri đã thiết kế một thí nghiệm mô phỏng môi trường khi sự sống trên Trái Đất trẻ bắt đầu nở rộ. Trong công cụ của mình, họ đã tái tạo một môi trường đại dương đầy ắp những nguyên tố nguyên thủy. Ở đây chứa một hỗn hợp khí và các chất hóa học, có thể tạo ra các chất hóa học cấu trúc sự sống phức tạp.

Sau khi hỗn hợp được nung nóng, nó được đưa ra ánh sáng để mô phỏng sức nóng của Mặt Trời và Trái Đất, đồng thời thỉnh thoảng sẽ kèm theo những tia lửa điện để mô phỏng sấm sét, sau vài ngày hoạt động liên tục của thiết bị, màu của dung dịch dần dần sẫm lại. Các thử nghiệm trên hỗn hợp cho thấy có nhiều chất hóa học phức tạp bắt đầu được hình thành và một vài trong số đó là axit amin.

Năm 1972, Miller tiếp tục cải tạo thiết bị của mình và thu được các axit amin được mã hóa và các protein khác nhau tương tự như những gì được tìm thấy trong thiên thạch Murchison, điều này đã khơi dậy sự tò mò của các chuyên gia về việc cố gắng truy tìm thành phần nguyên thủy của sự sống.

Có thể nói, thiên thạch Murchison giống như một "viên nang thời gian" có thể giúp chúng ta hiểu được đặc điểm của Mặt Trời sơ khai và thành phần hóa học của hệ mặt trời trong quá trình hình thành.

Sau hàng nghìn năm phát triển của nền văn minh nhân loại, chúng ta vẫn chưa thể trả lời được cho câu hỏi làm thế nào mà những chất hóa học đơn giản đã biến thành sinh học phức tạp có thể tự sửa chữa và tự tái tạo.

Những tảng đá đen cổ đại này có thể giúp chúng ta tìm ra câu trả lời phù hợp. Càng quan sát kỹ, chúng ta càng có thể khám phá ra những bí ẩn chưa được biết tới, như Carl Sagan đã nói: "Vũ trụ ở trong trái tim của chúng ta. Chúng ta được tạo thành từ các vì sao. Vũ trụ là một cách để chúng ta biết về chính mình".