Tám thành phần hóa học hình thành sự sống trong không gian
Thông qua nghiên cứu cách con người, thực vật, động vật và vi khuẩn tồn tại và phát triển trên Trái đất, các nhà khoa học đã xác định được những thành phần chính dường như rất cần thiết cho sự tiến hóa của sự sống.
Qua nhiều thế hệ, các nhà khoa học đã lùng sục khắp thiên hà của chúng ta để tìm bằng chứng về sự sống trên các hành tinh khác . Họ đang tìm kiếm một tập hợp các hoàn cảnh và hóa chất cụ thể để kết hợp với nhau ở đúng nơi, đúng thời điểm.
Tiến sĩ Anne Jungblut , một chuyên gia về sự sống trong điều kiện khắc nghiệt, và Tiến sĩ Paul Kenrick , một chuyên gia về quá trình tiến hóa ban đầu của sự sống, sẽ giải thích những gì họ đang tìm kiếm.
1. Nước
Nước đóng vai trò như một dung môi, cho phép các phản ứng hóa học quan trọng diễn ra © Triff/Shutterstock.com
Hầu như tất cả các quá trình tạo nên sự sống trên Trái Đất đều có thể được phân chia thành các phản ứng hóa học - và hầu hết các phản ứng đó đều cần chất lỏng để phân hủy các chất để chúng có thể di chuyển và tương tác tự do.
Nước lỏng là một yêu cầu thiết yếu cho sự sống trên Trái đất vì nó hoạt động như một dung môi. Nó có khả năng hòa tan các chất và cho phép các phản ứng hóa học quan trọng trong tế bào động vật, thực vật và vi khuẩn.
Tính chất hóa học và vật lý của nó cho phép nó hòa tan nhiều chất hơn hầu hết các chất lỏng khác. Các đặc điểm khác khiến nó trở thành môi trường sống tốt cho sự sống là khả năng dẫn nhiệt, sức căng bề mặt, điểm sôi và điểm nóng chảy cao, và khả năng cho ánh sáng xuyên qua.
Anne cho biết, 'Vì nước đóng vai trò thiết yếu trong sự sống trên Trái Đất nên sự hiện diện của nước rất quan trọng trong quá trình tìm kiếm các hành tinh và mặt trăng có thể sinh sống được'.
2. Cacbon
Kim cương là một dạng thù hình của cacbon
Nhiều phân tử phức tạp cần thiết để thực hiện hàng ngàn chức năng duy trì sự sống phức tạp. Carbon là khối xây dựng đơn giản mà sinh vật cần để tạo thành các hợp chất hữu cơ như protein, carbohydrate và chất béo.
Cấu trúc phân tử của cacbon cho phép các nguyên tử của nó tạo thành chuỗi dài, với mỗi liên kết để lại hai liên kết tiềm năng tự do kết hợp với các nguyên tử khác. Nó liên kết đặc biệt dễ dàng với oxy, hydro và nitơ.
Các liên kết tự do thậm chí có thể kết hợp với các nguyên tử carbon khác để tạo thành các cấu trúc phân tử 3D phức tạp, chẳng hạn như vòng và cây phân nhánh.
Các phân tử carbon cũng rất bền và ổn định, do đó chúng rất lý tưởng để xây dựng cơ thể.
Anne nói, 'Carbon là một trong những nguyên tố hóa học phổ biến nhất trên Trái Đất và là thành phần chính của mọi sinh vật sống. Do đó, một giả thuyết khả thi là sự sống trên các hành tinh khác cũng có thể dựa trên carbon.
3. Nitơ
Nitơ là cần thiết để tạo ra DNA. Nitơ lỏng cũng được sử dụng vì nó có thể duy trì nhiệt độ thấp hơn nhiều so với điểm đóng băng của nước © Vit Kovalcik/ Shutterstock.com
Carbon là thành phần cơ bản của hợp chất hữu cơ, nhưng nó không thể tự mình làm được. Các protein phức tạp cần thiết cho sự sống được tạo thành từ các hợp chất nhỏ hơn gọi là axit amin - hợp chất hữu cơ đơn giản có chứa nitơ.
Nitơ cũng cần thiết để tạo nên DNA và RNA, những thành phần mang mã di truyền cho sự sống trên Trái Đất.
Nhiều loại vi khuẩn có thể chuyển đổi nitơ từ khí quyển thành dạng mà tế bào sống có thể sử dụng.
Anne nói, ' Thực vật không thể sử dụng nitơ trong khí quyển. Chúng dựa vào amoni và nitrat do vi khuẩn trong đất và nước tạo ra, còn động vật lấy nitơ thông qua thức ăn.
'Việc tìm ra nitơ có thể sử dụng được về mặt sinh hóa có thể là manh mối quan trọng về hoạt động sinh học trên một hành tinh khác.'
4. Phốt pho
Phốt pho là một nguyên tố quan trọng trong màng tế bào © Magnetix/ Shutterstock.com
Phốt pho là thành phần chính của adenosine triphosphate (ATP), một chất hữu cơ đóng vai trò là đơn vị tiền tệ phân tử của sự sống.
ATP vận chuyển năng lượng hóa học đi khắp các tế bào trong cơ thể, cung cấp năng lượng cho hầu hết mọi quá trình của tế bào cần đến năng lượng.
Phốt pho là một nguyên tố quan trọng trong màng tế bào, lớp bao quanh bên trong tế bào, có chức năng kiểm soát sự vận chuyển các chất ra vào.
Và giống như nitơ, phốt pho cần thiết để tạo ra DNA và RNA.
Anne cho biết, 'Nhóm phosphate hoạt động giống như chất keo trong DNA, vì vậy cơ thể của các sinh vật sống sẽ không hoạt động nếu thiếu nó'.
5. Lưu huỳnh
Mẫu tinh thể lưu huỳnh từ bộ sưu tập của Bảo tàng. Lưu huỳnh có thể rất nhạy cảm với những thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm. Tìm hiểu cách chúng tôi vệ sinh và bảo quản mẫu khoáng sản .
Lưu huỳnh là một phần của hầu hết các quá trình sinh hóa trên Trái Đất và hầu hết các enzyme không thể hoạt động nếu không có lưu huỳnh. Lưu huỳnh cũng là thành phần của nhiều loại vitamin và hormone.
Trong trường hợp không có ánh sáng và oxy, có thể sử dụng lưu huỳnh làm nguồn năng lượng. Vi khuẩn sống trong điều kiện môi trường khắc nghiệt được gọi là vi khuẩn ưa cực và được phát hiện có thể lấy năng lượng để phát triển chỉ từ lưu huỳnh và hydro.
Anne cho biết, 'Một số vi sinh vật có thể phát triển trong những điều kiện khắc nghiệt như hồ đóng băng vĩnh viễn, lỗ thông thủy nhiệt dưới biển sâu , bức xạ phóng xạ cao và độ mặn cao.
'Chúng mở rộng hiểu biết của chúng ta về khả năng chống lại căng thẳng cực độ của một số dạng sống. Điều này giúp chúng ta hiểu được các hành tinh khác có thể sinh sống được như thế nào.'
6. May mắn
Trái đất là một hành tinh may mắn, với tất cả các thành phần của sự sống kết hợp cùng một lúc © Vadim Sadovski/ Shutterstock.com
Có tất cả các hóa chất phù hợp trên cùng một hành tinh có vẻ may mắn. Và Trái đất - một hành tinh nhỏ bé giữa một vũ trụ rộng lớn - thật may mắn khi có đủ các hóa chất phù hợp để hỗ trợ sự sống dồi dào.
Tiến sĩ Paul Kenrick, một nhà cổ thực vật học của Bảo tàng, cho biết: 'Theo thời gian, những thảm họa lớn như va chạm với tiểu hành tinh và phun trào núi lửa dữ dội đã xóa sổ nhiều loài .
'Tuy nhiên, những khoảng trống tạo ra đã tạo cơ hội cho những người sống sót phát triển. Những tai nạn trên đường có nghĩa là cơ hội đóng vai trò rất lớn trong việc định hình số phận của chúng ta.'
7. Thời gian
Một con Plesiosaurus hóa thạch , từ một nhóm bò sát biển tiến hóa từ loài bò sát sống trên cạn khoảng 210 triệu năm trước
Sự phát triển của dạng sống phức tạp phải mất hàng tỷ năm và không có con đường tắt nào trên hành trình từ sinh vật đơn bào đến dạng sống phức tạp.
Trái đất có tuổi đời 4,5 tỷ năm, nhưng trong giai đoạn đầu tiên, nó quá nóng để hỗ trợ sự sống. Bằng chứng hóa thạch lâu đời nhất về sự sống đến từ những tảng đá có tuổi đời 3,4 tỷ năm . Phải mất một thời gian dài để thực vật và động vật tiến hóa từ các sinh vật đơn bào.
Có khả năng sự sống tồn tại trên các hành tinh khác - nhưng có khả năng sự sống đó sẽ phải trải qua rất nhiều quá trình tiến hóa để bắt kịp.
Paul, giải thích lý do tại sao sự sống phức tạp mất nhiều thời gian để hình thành, cho biết: 'Khối xây dựng chính của sự sống là tế bào, với hệ thống di truyền và sinh hóa phức tạp của nó. Động vật và thực vật đều được tạo thành từ tế bào, vì vậy tế bào phải tiến hóa trước.
'Để tạo ra các mô và cơ quan, các tế bào cần phải nhân lên, chuyên biệt hóa chức năng và hợp tác. Sự tiến hóa của các khối xây dựng cơ bản này và sự tích hợp của chúng cần có thời gian.
'Các sinh vật lớn hơn đòi hỏi các hệ thống tế bào chuyên biệt và tích hợp hơn. Hồ sơ hóa thạch cho chúng ta biết rằng điều này mất hàng tỷ năm.'
8. Vị trí
