Các nhà hóa học tại viện nghiên cứu Scripps (TSRI) đã phát triển một lý thuyết mới thú vị về việc hình thành sự sống trên Trái Đất. Các thí nghiệm của họ, được mô tả trong tạp chí Nature Communications, cho thấy các phản ứng hóa học then chốt hỗ trợ sự sống ngày nay có thể đã xảy ra giữa các thành phần có trên hành tinh chúng ta cách đây 4 tỷ năm.
Ramanarayanan Krishnamurthy, phó giáo sư hóa học tại TSRI và là tác giả chính của nghiên cứu mới cho biết: "Đây là một hộp đen cho chúng ta. Nếu bạn tập trung vào hóa học, những câu hỏi về nguồn gốc của sự sống trở nên ít khó khăn hơn."
Đối với nghiên cứu mới này, Krishnamurthy và các đồng tác giả của ông, tất cả đều là thành viên của tổ chức Khoa học Quốc gia/ trung tâm Nghiên cứu Hóa học và Không gian Quốc gia về Hóa học (Mỹ), đã tập trung vào một chuỗi phản ứng hóa học mà các nhà nghiên cứu gọi là chu trình axit citric.
Mỗi sinh vật hiếu khí, từ chim hồng hạc đến nấm, đều dựa vào chu trình axit citric để giải phóng năng lượng lưu trữ trong tế bào. Trong những nghiên cứu trước đây, các nhà nghiên cứu đã hình dung ra sự sống thời kỳ đầu cũng sử dụng các phân tử hóa học trong chu trình axit citric giống với các phân tử sự sống hiện nay sử dụng.
Vấn đề với cách tiếp cận đó là, các phân tử sinh học này rất mong manh và các phản ứng hóa học diễn ra trong chu trình này sẽ không xảy ra trong những năm đầu tiên của Trái Đất - những thành phần cần thiết đó chỉ đơn giản là không tồn tại.
Các tác giả chính của nghiên cứu trước tiên bắt đầu với các phản ứng hóa học. Họ đã viết công thức và sau đó xác định những phân tử nào có mặt trên Trái Đất thời kỳ đầu có thể đã hoạt động như một thành phần cần thiết.
Nghiên cứu mới cho thấy hai chu trình phi sinh học - được gọi là chu kỳ HKG và chu kỳ sinh bệnh - có thể kết hợp với nhau để bắt đầu một phiên bản thô của chu trình acid citric. Hai chu trình này có sự tham gia của các phản ứng với những tính chất hóa học tương tự như trong chu kỳ acid citric.
Các phản ứng chia sẻ này bao gồm bổ sung aldol, đưa các phân tử gốc mới vào chu trình, như beta và oxidation decarboxylations và giải phóng các phân tử như carbon dioxide (CO2).
Khi thực hiện các phản ứng này, các nhà nghiên cứu nhận thấy họ có thể tạo ra các axit amin cùng CO2, đó cũng là những sản phẩm cuối của chu trình axit citric. Các nhà nghiên cứu cho rằng khi các phân tử sinh học như enzim trở nên có sẵn, chúng có thể đã dẫn tới sự thay thế các phân tử phi sinh học trong các phản ứng cơ bản này để làm cho chúng phức tạp và hiệu quả hơn.
Krishnamurthy nói: "Hóa học luôn đúng như thế bất kể thời gian, chỉ là bản chất của các phân tử đã thay đổi. Các phân tử phát triển phức tạp hơn theo thời gian dựa trên những gì mà sinh vật cần tới."
Tiến sĩ Greg Springsteen, tác giả chính của nghiên cứu mới và là phó giáo sư hóa học tại Đại học Furman cho biết: "Sự trao đổi chất hiện đại có một tiền thân - hay một khuôn mẫu - không mang tính sinh học”.
Điều khiến việc này còn hợp lý hơn là trên thực tế, trung tâm của các phản ứng này là một phân tử gọi là glyoxylate, mà các nghiên cứu cho thấy có thể đã có trên Trái Đất từ thời kỳ đầu và là một phần của chu trình axit citric ngày nay.
Krishnamurthy cho biết cần phải nghiên cứu thêm để xem làm thế nào mà các phản ứng hóa học này có thể trở nên bền vững như chu trình axit citric ngày nay.
Minh Phương
Theo Space Daily
