Trước khi động vật, vi khuẩn hay thậm chí là ADN xuất hiện trên Trái Đất, các phân tử tự sao chép đã đang dần tiến hoá từ vật chất đơn giản đến sự sống dưới ảnh hưởng của một trận mưa liên tục các hạt năng lượng đến từ không gian.
Trong một bài báo gần đây, một giáo sư tại đại học Stanford (Hoa Kỳ) và một chuyên gia sau tiến sĩ đã suy đoán rằng sự tương tác này giữa các sinh vật nguyên sinh và các bức xạ vũ trụ có thể chịu trách nhiệm cho một ưu tiên cấu trúc quan trọng, được gọi là chirality - một thuộc tính hình học của các phân tử sinh học. Nếu như ý tưởng của họ là đúng, nó gợi ý rằng tất cả sự sống trong vũ trụ có thể có chung sự ưu tiên bất đối xứng này.
Chirality còn được biết đến như sự bất đối xứng - là sự tồn tại của các phiên bản phản chiếu nhỏ của các phân tử. Giống như bàn tay trái và bàn tay phải, hai dạng đối xứng này của một đơn phân tử phản ánh lẫn nhau về hình dạng nhưng không trùng khớp nếu xếp chồng lên nhau. Trong mỗi phân tử sinh học chính yếu như axit amin, ADN, ARN - sự sống chỉ sử dụng một hình thức bất đối xứng phân tử. Nếu phiên bản phản chiếu của một phân tử được thay thế cho phiển bản thông thường trong một hệ thống sinh học, hệ thống sẽ thường gặp trục trặc hoặc ngừng hoạt động hoàn toàn. Trong trường hợp của ADN, bản phản chiếu sai khác bản còn lại sẽ phá vỡ cấu trúc xoắn ổn định của phân tử đó.
Louis Pasteur lần đầu tiên phát hiện ra tính đồng nhất sinh học này vào năm 1848. Kể từ đó, các nhà khoa học đã tranh luận về tính bất đối xứng của sự sống được điều khiển bởi yếu tố ngẫu nhiên hay một vài ảnh hưởng nhất định chưa được biết đến. Pasteur đã đưa ra giải thuyết rằng, nếu sự sống bất đối xứng, thì đó có thể là do sự bất đối xứng trong các tương tác cơ bản của vật lý tồn tại trong vũ trụ.
“Chúng tôi đề xuất rằng: sự bất đối xứng sinh học mà chúng ta chứng kiến trên Trái Đất ngày nay là kết quả của quá trình tiến hoá giữa bức xạ phân cực từ, trong đó một sự khác biệt nhỏ trong tỉ lệ đội biến có thể thúc đẩy sự tiến hoá của sự sống ADN, thay vì hình ảnh phản chiếu của nó.”, Noémie Globus, tác giả chính của bài báo, cho biết.
Trong bài báo nghiên cứu của họ được công bố ngày 20 tháng 5 trên tạp chí Astrophysical Journal Letters, các nhà nghiên cứu đã mô tả chi tiết lập luận của họ về việc các bức xạ vũ trụ chính là nguồn gốc của tính đồng nhất. Đồng thời, họ cũng thảo luận về các thí nghiệm tiềm năng để kiểm tra giả thuyết của họ.
Phân cực từ đến từ không gian
Bức xạ vũ trụ là một dạng phổ biến của bức xạ năng lượng cao và có nguồn gốc từ nhiều nguồn khác nhau trong vũ trụ, trong đó bao gồm các sao và cả các thiên hà xa xôi. Sau khi đi vào bầu khí quyển Trái Đất, các bức xạ vũ trụ cuối cùng trở thành các hạt cơ bản. Ở mặt đất, hầu hết các bức xạ vũ trụ chỉ tồn tại dưới dạng các hạt được gọi là muon.
Muon là các hạt hạ nguyên tử không ổn định với tuổi thọ trung bình là hai phần triệu giây, nhưng bởi vì chúng di chuyển với vận tốc có độ lớn gần bằng tốc độ ánh sáng, chúng đã được phát hiện sâu bên dưới bề mặt Trái Đất hơn 700 mét. Chúng cũng bị phân cực từ, điều đó có nghĩa là: trung bình, toàn bộ các hạt muon đều có chung định hướng từ tính. Khi muon cuối cùng phân rã, chúng tạo ra các electron có cùng độ phân cực từ. Các nhà nghiên cứu tin rằng khả năng xâm nhập của muon cho phép nó và các electron do nó sinh ra có khả năng ảnh hưởng đến các phân tử chiral trên Trái Đất và mọi nơi khác trong vũ trụ.
“Chúng ta bị chiếu xạ bởi các bức xạ vũ trụ mọi lúc.”, Globus giải thích, ông hiện đang là chuyên gia nghiên cứu sau tiến sĩ tại đại học New York University (Hoa Kỳ) và viện Simirons Foundation’s Flatiron. “ Ảnh hưởng của chúng tuy nhỏ nhưng liên tục ở khắp mọi nơi trên hành tinh nơi mà sự sống có thể nhờ đó mà tiến hoá, và sự phân cực từ tính của các hạt muon và các hạt electron là luôn luôn giống nhau. Và ngay cả trên các hành tinh khác, bức xạ vũ trụ cũng sẽ có những ảnh hưởng tương tự.”
Giả thuyết của các nhà nghiên cứu là: tại thời điểm bắt đầu sự sống trên Trái Đất, các bức xạ chiếu xuống liên tục và dày đặc này đã ảnh hưởng đến sự tiến hoá của hai dạng sống phản chiếu nhau này trong những cách khác nhau, giúp cho dạng này cuối cùng chiếm ưu thế hơn dạng còn lại. Những sự sai khác nhỏ này trong tỉ lệ đột biến là nhân tố quan trọng nhất vào thời điểm khi mà sự sống đang bắt đầu và các phân tử có liên quan còn rất đơn giản và yếu. Trong những trường hợp này, tuy nhỏ nhưng ảnh hưởng từ các bức xạ vũ trụ đến sự ổn định bất đối xứng có thể có, trải qua hàng tỉ thế hệ tiến hoá, nó đã tạo ra dạng phản chiếu sinh học mà chúng ta đang thấy ngày nay.
“Điều này hơi giống một bàn xoay Roulette ở Vegas, nơi mà bạn có thể thiết kế một ưu tiên nhỏ cho những ô đỏ, thay vì những ô đen.” Roger Blandford - giáo sư Luke Blossom tại trường Nhân Văn Và Khoa Học tại Stanford và là một tác giả của bài báo - cho biết “Chơi một vài lượt, bạn sẽ không bao giờ nhận thấy. Nhưng nếu bạn chỉ chơi với bàn xoay Roulette này trong nhiều năm, những người đặt cược vào màu đỏ sẽ kiếm được tiền còn những người đặt cược vào màu đen sẽ thua cược và rời đi.”
Sẵn sàng để ngạc nhiên.
Globus và Blandford đề xuất các thí nghiệm có thể giúp chứng minh hoặc bác bỏ giả thuyết bức xạ vũ trụ của họ. Ví dụ, họ muốn kiểm tra cách vi khuẩn phản ứng với bức xạ có độ phân cực từ khác nhau.
“Những thí nghiệm như trên chưa bao giờ được thực hiện và tôi rất hào hứng để xem chúng cho chúng ta biết những gì. Những bất ngờ chắc chắn sẽ tới trong những nghiên cứu tiếp theo về các chủ đề liên ngành.” Globus nói.
Các nhà nghiên cứu cũng mong đợi các mẫu hữu cơ từ các sao chổi, tiểu hành tinh hoặc Sao Hoả để xem liệu chúng có biểu hiện thiên vị bất đối xứng hay không.
“Ý tưởng này liên kết giữa vật lý cơ bản và nguồn gốc của sự sống.”, Blandford nói, ông cũng là giáo sư vật lý và vật lý hạt của đại học Stanford và SLAC (Stanford Linear Accelerator Center), và là cựu giám đốc của KIPAC. “Bất kể nó có đúng hay không, cầu nối giữa những lĩnh vực rất khác nhau này rất thú vị và một thử nghiệm thành công sẽ rất đáng xem.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi quỹ Koret Foundation, Đại học New York và quỹ Simons Foundation.
Chung Nguyen
Theo Science Daily
