Editors' choice! Xem thêm các bài hay nhất của zeal tại đây.
a
Series: What is...?
§ Tác giả: Matthew Francis | Nguồn: Mosaic
Biên dịch: Uong Uyen | Hiệu đính:  Aceae
19/05/2017

“Tại sao NASA lại muốn nghiên cứu về một cái hồ ở Canada?”

Ba người lính gác biên giới khác nhau hỏi tôi câu hỏi này, và mặc dù cuối cùng họ đều cho tôi qua, thật rõ ràng là họ vẫn không hiểu. Tại sao NASA lại quan tâm đến một cái hồ ở Canada? Và điều đó thì liên quan gì đến tôi?

Nếu nói đến các môi trường kỳ lạ, hồ Pavilion ở bang British Columbia thực ra khá bình thường. Hẻo lánh thì chắc chắn – thành phố lớn gần nhất là Vancouver, cách một cuốc xe dài qua những dãy núi. Những thị trấn gần nhất cũng chỉ là vài ba căn nhà rải rác trên những con dốc khô cằn, và con đường lắt léo đi qua hàng kilomet vùng đất sa mạc trải dài giữa chúng. Bản thân cái hồ thì nằm cạnh một con đường cao tốc rải nhựa, và đứng từ đây mà quan sát thì nó nom không khác gì tất cả những cái hồ vùng núi với kích thước khiêm tốn ở phía Tây Bắc Mỹ cả.

Nhưng dưới bề mặt, đáy hồ Pavilion lấm tấm một thứ trông giống như dải san hô: các vòm và nón và những hình dạng kỳ lạ, nhiều phần giống như hoa ac-ti-sô. Tuy vậy, chúng không phải một rặng san hô, vốn cấu thành từ rất nhiều sinh vật nhỏ xíu: chúng là các cấu trúc đá được gọi là trầm tích vi sinh vật (microbialites), cấu thành từ khuẩn lam (cyanobacteria), thứ cũng phủ đầy bề mặt đá này. Đôi lúc bị nhầm lẫn là “tảo xanh dương-xanh lá,” lũ vi khuẩn này có lẽ còn làm nên những tảng đá nơi chúng sống nữa, hấp thụ chất dinh dưỡng từ nước và để lại đá. Như các loài thực vật, chúng sống nhờ ánh sáng mặt trời, và chúng phát triển nhất ở những chỗ nước nông, tuột dần dần xuống dốc dưới mặt nước, cho đến khi ánh nắng mờ dần trở thành màn đêm.

Erwin Schrodinger là một người thông minh. Bạn có thể biết đến ông ta vì “Con mèo của Schrodinger” nổi tiếng, con mèo trong hộp mà không phải chết không phải sống cho đến khi bạn nhìn vào hộp. Tuy vậy, một trong những công trình thú vị nhất của ông là một cuốn sách mỏng từ năm 1944, dựa trên một tổ hợp các bài giảng Schrodinger đã trình bày ở Dublin. Nó đặt ra một câu hỏi độc nhất: Sự sống là gì?

Quyển sách này đáng kể đến vì nó đã tiên đoán vài đặc điểm quan trọng của ADN trước khi nó được phát hiện. Gần một thập kỷ trước khi cấu trúc xoắn kép nổi tiếng của ADN được khám phá, Schrodinger đã nhận ra chính xác chìa khóa để các vật thể sống có thể tiến hóa và di truyền lại thông tin từ đời này qua đời kia chính là một “tinh thể không chu kỳ” (aperiodic crystal): một chuỗi các nguyên tử mà không bao giờ lặp lại bản thân nó một cách tuyệt đối. Mặc dù mỗi mắt xích trong chuỗi đều chứa những nguyên tử y hệt (carbon, nitơ, oxi, hydro, và photpho), những kết hợp khác nhau của chúng cho phép một lượng thông tin khổng lồ có thể được mã hóa.

Schrodinger sử dụng phép so sánh với mã Morse, vốn có thể tái tạo lại cả một ngôn ngữ chỉ với hai “chữ cái.” Ngày nay ta biết rằng mã ADN có bốn chữ cái (A, X, G, và T); bằng cách sắp xếp và ghép đôi, chúng có thể mã hóa toàn bộ số thông tin một sinh vật cần để tạo ra các protein, thực hiện việc trao đổi chất, và sống. Đây có vẻ là một sự khác biệt quan trọng giữa sự sống và những thứ không-sống: khả năng truyền đạt thông tin mà không đơn giản chỉ có lặp lại.

Các tinh thể bình thường cũng tự sao lại bản thân, nhưng chúng chỉ truyền lại những mô hình sắp xếp nguyên tử lặp đi lặp lại. Chúng không thể tiến hóa. Hoặc, nói như Schrodinger, sự khác biệt (giữa sự sống và thứ vô tri) tựa như sự khác biệt giữa “một mảnh giấy dán tường tầm thường với những hoạ tiết lặp đi lặp lại với những chu kỳ nhất định, và một tác phẩm thêu thùa tuyệt mỹ, giả dụ như một tấm thảm Raphael, không có một sự lặp lại nhàm chán nào, mà là một thiết kế rõ ràng, có ý nghĩa được tạo ra bởi người nghệ nhân vĩ đại.”

Chiếc thuyền, nặng đến mức suýt soát lật, chứa đầy những người đang điều khiển và giám sát các phương tiện điều khiển từ xa (remotely operated vehicles, hay ROVs) có thể hoạt động dưới nước. Những chiếc tàu ngầm robot nhỏ này được trang bị camera độ phân giải cao, và chúng đang thăm dò trước phần hồ nơi các thợ lặn sẽ xuống nước sau đó trong tuần. Chúng cũng mang trên mình các cảm biến để đo nhiệt độ nước, độ pH, tọa độ GPS, độ sâu và dòng chảy. Để đạt được mức nổi hoàn hảo, các ROVs được tạo nên từ một tổ hợp kỳ lạ các trang thiết bị công nghệ cao và thấp: các mô tơ tân tiến nhất, và các thiết bị nổi làm bằng bóng nhựa và dây nhựa màu cam chói lọi, gắn với nhau bằng dây zip nhựa. Một chiếc đang lần mò quanh đáy hồ, chụp lại các hình ảnh phân giải cao về trầm tích vi sinh vật; một chiếc khác có nhiệm vụ theo dõi cái đầu tiên và điều kiện nước nói chung.

Tôi đang quan sát toàn bộ cảnh này từ chiếc xe “Quản lý Nhiệm vụ” của NASA ở trên bờ, với video trực tiếp từ các ROVs. Tôi nhìn thấy một địa hình lạ lẫm: những đun nhiều hình dáng kích cỡ, màu xanh dương pha xám, to bằng cái bàn, một số chụm với nhau, kéo dài quá tầm nhìn của camera vào trong bóng tối của thủy quốc. Nhìn vào đoạn băng đáy hồ này, tôi tự hỏi không biết nó giống với cảnh quan của Trái đất thời kỳ đầu đến đâu. Nếu dựa trên các hóa thạch vi sinh vật mà nói, họ hàng cổ đại của khuẩn lam có lẽ là một trong những dạng sự sống đầu tiên trên Trái đất. Oxy trong khí quyển của chúng ta chắc là được tạo ra bởi chính khuẩn lam từ hàng tỷ năm về trước; điều này đã biến đổi bầu khí quyển nhiều khí carbon của Trái đất trước đây trở thành bầu khí quyển cân bằng nitơ và oxy ngày nay, từ rất lâu trước khi thực vật xuất hiện. Khuẩn lam hiện đại có khả năng tạo ra những thảm bùn nhơn nhớt bao phủ đáy hồ hơn là các trầm tích vi sinh vật phức tạp bằng đá chúng ta thấy ở hồ Pavilion, vì vậy 3,5 tỷ năm trước có lẽ Trái đất cũng phủ đầy những thảm vi khuẩn như thế.

Nguồn: Wikimedia

Kỳ lạ như vậy, nhưng các trầm tích vi sinh vật có thể là thứ duy nhất trông quen thuộc với một du khách thời gian tìm về những ngày đầu tiên của hành tinh chúng ta. Vì sự sống không chỉ tạo nên không khí chúng ta hít thở: đi bất cứ nơi nào, quan sát bất cứ điều gì trên Trái đất, là đều nhìn thấy một môi trường được tạo ra bởi sự sống. Cấu tạo hóa học của đá, của đại dương, của đất – mọi thứ đã được hình thành bởi sự sống. Và các nhà khoa học đã tìm thấy các sinh vật – chủ yếu là vi khuẩn và khuẩn cổ1 (archaeons), những sinh vật đơn bào phát triển mạnh trong những môi trường khắc nghiệt – ở mọi nơi, từ các vết nứt đá sâu dưới lòng đất đến các đám mây trong khí quyển. Trong mỗi môi trường, các sinh vật đã thích nghi với môi trường xung quanh và đồng thời định hình môi trường xung quanh cho phù hợp với mình.

Những dấu vết của sự nhào nặn lẫn nhau đó được gọi là dấu hiệu sinh học (biosignatures), và chúng là một trong những điểm hấp dẫn chủ yếu của hồ Pavilion đối với Allyson Brady. Là một nhà địa hóa học tại Đại học McMaster, Brady đang tìm cách để phân biệt các quy trình vô sinh (abiotic) – những quy trình xảy ra mà không có ảnh hưởng của sự sống – và các dấu hiệu sinh học rõ ràng. “Dù các vi khuẩn đã chết từ lâu,” cô nói, “bản thân tảng đá vẫn có thể giữ lại được một loại dấu hiệu hóa học có thể nói với ta rằng “nó được tạo ra bởi ảnh hưởng sinh học,” trái ngược với một quá trình hoá học vô sinh thuần túy. Chúng tôi có thấy điều đó ở hồ Pavilion.”

Dấu hiệu sinh học có thể là chìa khóa để cho ta biết liệu một tảng đá tương tự mà chúng ta tìm thấy trên sao Hoả có là một hóa thạch vi sinh vật – một dấu hiệu của sự sống cổ xưa đã từng tồn tại – hay là một sự tình cờ. Hàm lượng tương đối của các đồng vị hóa học khác nhau, hay sự hiện diện của các phân tử bất thường trong tảng đá, có thể tiết lộ các dấu vết hóa học được tạo ra bởi quá trình trao đổi chất của các vi khuẩn đã biến mất từ lâu.

Rõ ràng, trường hợp tốt nhất là có thể nhìn thấy các vi khuẩn sống (giả sử chúng tồn tại), nhưng điều đó phức tạp hơn những gì khoa học viễn tưởng thể hiện. Bất kỳ mẫu vi sinh vật nào thu thập được bởi robot thám hiểm tự hành, tàu thăm dò hoặc phi hành gia sẽ phải sống sót về đến Trái đất, và sau đó ta còn phải nhận ra được chúng là những sinh vật sống dưới kính hiển vi. Đó là một quá trình tốn thời gian, và sẽ đòi hỏi một số gợi ý ban đầu về hóa học rằng có cái gì đó đáng để tìm kiếm ở cấp độ vi mô. Không có hệ thống kiểu Star Trek để quét tự động, các nhà nghiên cứu tìm kiếm các dấu hiệu sinh học trong đất trên sao Hỏa, trên băng của vệ tinh Europa của sao Mộc, và trong các đám nước phun lên từ núi lửa băng2 trên Enceladus, mặt trăng lớn thứ sáu của Sao Thổ.

Trên bờ hồ Pavilion, những con chuồn chuồn màu xanh bay lơ lửng làm phiền tôi suốt, trong khi một chú vịt lặn chèo ngang qua. Sau hai ngày chỉ có các thiết bị ROV, những người thợ lặn bắt đầu ra hiện trường. Để đáp ứng cho họ, cả đội chèo thêm một con thuyền ra chỗ lặn. Lúc này tôi cũng đi với họ, mặc dù nhiệm vụ chính của tôi là tránh vướng chân người khác. Trên thực tế, tầm quan sát của tôi lại tốt hơn hồi ở chỗ cái xe: Tôi chỉ có thể xem các nhà khoa học theo dõi các màn hình và chỉ đạo ROV, chứ không thể chứng kiến được các thợ lặn thực sự đang làm gì.

Chuồn chuồn, vịt lặn, thợ lặn, và ngay cả những vi khuẩn bất thường, ta cũng có thể nhận ra là đang sống – như một bài hát trong chương trình ti vi Sesame Street3 nói, chúng ‘thở và ăn và phát triển.’ Nhưng có phải tất cả sinh vật đều thế?

Suối nước nóng, nơi ta có thể tìm thấy nhiều loài vi sinh vật vô cùng khác biệt. Nguồn: Wikimedia

Phần khó nhất trong việc tìm kiếm sự sống ở những nơi khác trong vũ trụ có lẽ là nhận ra khi chúng ta nhìn thấy nó. Hầu hết sinh vật trên Trái đất đều là vi sinh vật, và mặc dù chúng ta thường gắn vi khuẩn với bệnh tật, hầu hết chúng chẳng hề quan tâm đến loài người. Một số lượng khổng lồ các loài sinh vật phát triển mạnh mẽ ở những môi trường có thể giết chết chúng ta, và ngược lại: vùng nước sâu, hang động axit, những nơi lạnh ngắt hay nóng sôi sục. Tuy nhiên, vẫn có mối quan hệ giữa các sinh vật này và chúng ta, mặc dù sự tiến hóa và thích nghi đã chia tách chúng ta ra khỏi chúng.

Bởi vì mối quan hệ đó, mọi sự sống trên Trái đất đều được xây dựng từ các tế bào; tất cả đều sử dụng nước dạng lỏng như một phần cấu trúc thiết yếu; tất cả đều được tạo ra từ các phân tử tương tự có chứa carbon, oxy, nitơ và một vài nguyên tố thông thường khác; và tất cả đều sử dụng ADN và ARN để mã hóa thông tin về chính nó và truyền thông tin đó cho các thế hệ tương lai. Tuy nhiên chúng ta phải đặt ra câu hỏi: sự sống có nhất thiết phải là như vậy không? Nếu chúng ta tái tạo lại lịch sử hệ mặt trời của chúng ta, liệu sự sống có sử dụng cùng một hệ thống hóa học, tạo ra tế bào và nhào nặn môi trường của nó theo cùng một cách?

Sự sống cấu thành từ hóa hữu cơ, đơn giản chỉ có nghĩa là “các phân tử có chứa carbon.” Các phân tử hữu cơ khá phổ biến trong thiên hà của chúng ta. Các nhà thiên văn học đã tìm thấy những manh mối về các axit amin (các khối cấu tạo của protein) trong sao chổi và các nucleotit (những “chữ cái” di truyền của AND và ARN) trong các đám khí nằm giữa các ngôi sao.

Mặc dù nước có thể là cần thiết cho sự sống, nhưng nó lại dồi dào trên các hành tinh khác và trong khoảng không gian giữa các ngôi sao, đến mức sự tồn tại của nó không có gì đáng kể. Chúng ta vẫn chưa tìm thấy dấu hiệu nào của bất cứ thứ gì có thể được cho là “sự sống.”

Điều nghịch lý là, có thể có cả cuộc sống vô cơ: “hữu cơ” không có nghĩa là “sống.” Sự sống dựa trên silicon4 trong các thế giới khoa học viễn tưởng phổ biến của Star Trek và tác phẩm Discworld của Tạp chí Terry Pratchett là kết quả của cách suy nghĩ đó. Silicon nằm cùng một cột trên bảng tuần hoàn với carbon, vì vậy nó tương đương về mặt hóa học. Tuy vậy, các liên kết nó tạo ra không hoàn toàn tương đồng (với carbon), vì vậy nó không tạo thành những loại phân tử tương tự. Trong số tất cả các nguyên tố trên bảng tuần hoàn, carbon dường như có khả năng tạo thành các cấu trúc đủ phức tạp cho sự sống cao nhất.

ADN chắc chắn là phức tạp, vì vậy nên nhiều nhà nghiên cứu phải tự hỏi đầu tiên nó đã hình thành như thế nào. Một giả thuyết phổ biến là ARN – một chuỗi đơn, không phải chuỗi đôi như ADN – đã xuất hiện đầu tiên, nhưng ngay cả ARN cũng phức tạp. “Có lẽ sự sống đã không bắt đầu dưới dạng ARN, nhưng bắt đầu bằng một cái gì đó đơn giản hơn một chút,” John Chaput thuộc Đại học bang Arizona cho biết. “Bất kể nguyên liệu đơn giản đó là gì, nó đã giúp tạo nên ARN.”

Chữ “D” trong ADN và “R” trong ARN lần lượt đại diện cho đường deoxyribose và ribose. Deoxyribose và ribose là cái thang mà trên đó các chữ cái di truyền là các bậc thang, nhưng chúng không phải là loại đường duy nhất có thể đảm nhiệm công việc này. Các phân tử di truyền nhân tạo được gọi là “AXN” có thể được tạo ra từ các loại đường khác: X có thể là một khả năng bất kì trong số này.

Chaput quan tâm nhất đến loại đường được gọi là “threose,” bởi vì các phân tử được tạo ra từ nó, hay gọi là ATN, có thể “nhận ra” ARN và liên kết với nó, cũng giống như ADN liên kết với ARN. ATN đơn giản hơn ARN và ADN, cả về cấu trúc hóa học và cách nó có thể hình thành. Chaput và các nhà nghiên cứu có cùng suy nghĩ tự hỏi liệu có phải ATN đã xuất hiện đầu tiên vào thời kỳ đầu của Trái đất: “Bởi vì tổng hợp ATN đơn giản hơn, nó đã sớm xuất hiện, nhưng nhanh chóng bị ARN soán vị.”

Các AXN chỉ là một trong số những con đường khả thi của sự sống. Carbon có thể tạo ra nhiều loại phân tử hơn những loại mà sự sống như chúng ta biết có sử dụng. Protein không sử dụng tất cả các loại axit amin; AND và ARN không sử dụng tất cả các “chữ cái” nucleotit có khả năng hình thành, xét về mặt hóa học. Có khả năng là những hình thức sống ở những nơi khác có thể có sử dụng cùng một hệ thống hóa hữu cơ cơ bản, và thậm chí còn có mã di truyền tương tự như chúng ta, nhưng sử dụng các phân tử khác để xây dựng nên các tế bào của chúng.

Thời tiết nắng và ấm áp, nhưng Tyler Mackey và Frances Rivera-Hernandez lại khoác trên mình những bộ đồ chống lạnh. Họ đang mặc áo lặn chống nước, chuẩn bị lặn vào làn nước lạnh cóng của hồ Pavilion, để đảm bảo tất cả các thiết bị đều hoạt động ổn trước khi chúng được sử dụng để lấy mẫu nghiên cứu vào cuối tuần.

Điều Mackey quan tâm tìm hiểu là làm thế nào các vi khuẩn tác động lên và được định hình bởi môi trường của chúng, và làm sao những tương tác đó có thể xuất hiện trong các hóa thạch. Phần lớn công trình luận án của anh dựa trên các hồ đóng băng ở Nam Cực. Rivera-Hernandez làm việc cho nhóm Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa, một nhóm vận hành robot thám hiểm Curiosity hiện đang khám phá bề mặt sao Hỏa. Cô quan tâm đến việc xem xét liệu hồ nước trên Trái đất có cùng các thuộc tính địa chất với các hồ khô trên Sao Hỏa, vốn trong quá khứ xa xưa có thể đã từng là những hồ băng bao phủ.

Người ta nói chuyện nhiều về sao Hỏa ở Pavilion. Các thợ lặn không chỉ thu thập dữ liệu khoa học về các trầm tích vi sinh vật: họ đang kiểm tra phần mềm và các quy trình để thực hiện điều tương tự trên bề mặt của Hành tinh Đỏ. Những thợ lặn đang làm việc thay cho những phi hành gia đi trên sao Hỏa; chiếc thuyền mà họ từ đó lặn xuống nước là “trung tâm chỉ huy” (giống như một trung tâm mà một ngày nào đó có thể được đặt trên mặt trăng Phobos của sao Hoả), và chiếc xe lớn của NASA bên bờ hồ thì đóng vai trò như thể là “người Kiểm soát Nhiệm vụ.”

Để làm cho mô phỏng trở nên thực tế hơn, phần mềm mà họ sử dụng để giao tiếp được lập trình một khoảng lệch 5 phút mỗi lần giữa Mission Control và chiếc thuyền, để mô phỏng thời gian tín hiệu truyền đi khoảng cách 55 triệu km từ sao Hỏa tới Trái đất. Với sự chậm trễ này, các thợ lặn không thể nhận được hướng dẫn trực tiếp từ “Trái Đất,” điều đó có nghĩa là hầu hết các hành động họ thực hiện phải được lên kế hoạch cẩn thận trước. (Để minh họa, các phi hành gia của tàu Apollo phải đương đầu với sự chậm trễ trong giao tiếp ít hơn đáng kể, khoảng một giây mỗi lần.)

Các phi hành gia tương lai trên Sao Hỏa khó có thể tìm thấy bất cứ thứ gì rõ ràng là sống động như vi khuẩn ở hồ Pavilion, nhưng có thể còn có những di vật còn lại của các vi sinh vật đã chết. Các nhà cổ sinh vật học đã phát hiện hóa thạch của các lớp vi sinh vật được biết đến dưới tên gọi đá trầm tích stromatolite ở Úc, Greenland, Nam Cực và các địa điểm khác. Một số từ phía Tây Úc có niên đại 3,5 tỷ năm, ít lâu sau khi Trái đất từ nóng chảy đông thành thể rắn. Nếu các vi khuẩn giống vi khuẩn trên Trái đất sinh sôi trên sao Hỏa trong một khoảng thời gian tương tự, nhưng đã chết đi (hoặc di chuyển xuống dưới lòng đất) khi hành tinh này khô cạn, có thể tồn tại các hóa thạch tương tự.

Trầm tích stromalite. Nguồn: Pixabay

Hiện nay, nước bề mặt trên sao Hỏa dường như không tồn tại quanh năm và rất mặn, nhưng không phải là từ trước đến nay đều vậy. “Nếu ở đó (trên sao Hỏa) đã từng có nước dồi dào – ta có rất nhiều bằng chứng chứng tỏ điều này trên bề mặt (sao Hỏa) – có lẽ lượng nước này tồn tại dưới dạng băng.” Rivera-Hernandez cho biết. Điều đó làm cho các hồ nước lạnh trên Trái đất đặc biệt thú vị đối với những người có quan tâm đến cuộc sống trên sao Hỏa. Hồ Pavilion đóng băng mỗi mùa đông, và thậm chí nó có thể đã quanh năm phủ một lớp băng đá trong Kỷ Băng hà cuối cùng (cách đây khoảng 10000 năm). Một số cấu trúc vi khuẩn có vẻ như là có độ tuổi đủ lớn để (ta có thể thấy là chúng đã) tồn tại qua khỏi thời kỳ băng đá đó.

Trong 71 năm kể từ cuốn sách của Schrödinger, các nhà khoa học đã đi một chặng đường dài để tìm hiểu cách hoạt động của sự sống, nhưng vẫn không có được định nghĩa rõ ràng về việc sự sống là gì. Tiến hóa là một phần của sự sống, cũng như là một khái niệm liên quan đến việc truyền thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ kế tiếp. Chuyển hóa và trao đổi chất là một phần của sự sống, thay đổi cân bằng hóa học của môi trường theo cách mà sẽ không xảy ra nếu không có sự sống. Nhưng trong khi một số sinh vật chắc chắn là không sống và những sinh vật khác thì chắc chắn là có sống, vẫn có một khoảng mập mờ ở giữa hai trạng thái này.

Đó là phạm trù của virus và các protein gọi là prion – nổi tiếng vì gây bệnh viêm não thể bọt biển ở bò (bovine spongiform encephalopathy hay “bệnh bò điên”). Virus có ADN hoặc ARN nhưng phải xâm lược vào tế bào để sinh sản. Prion đáng chú ý bởi chúng có thể truyền tải thông tin và sinh sản mà không cần có ADN bằng cách tấn công các protein khác, gây tổn thương nghiêm trọng nhất ở bên trong mô não. Virus và prion thường có hại, nhưng một số loại men lại được lợi từ prion, và động vật có vú sử dụng ADN của virus để các con mẹ không có phản ứng miễn dịch với bào thai trong dạ con. Cả hai đều không “sống” theo định nghĩa chặt chẽ – chúng không phát triển hoặc nhân lên mà không cần nhờ đến một sinh vật khác – nhưng chúng có thể biến đổi và tiến hóa dưới áp lực của chọn lọc tự nhiên.

“Rõ ràng [virus] có khả năng tuân theo những nguyên tắc tiến hoá của Darwin, nhưng không thể làm thế mà không có tế bào chủ,” David Lynn ở Đại học Emory phát biểu. Đối với ông, sự sống và không sống còn nằm trên một sự liên tục: “Có một điểm chuyển tiếp, nơi mà chúng ta có thể phân biệt giữa một thứ có khả năng tiến hóa ở mức độ hóa học và một thứ có khả năng tiến hóa ở mức sinh học.” Nói cách khác, có một sự phân chia mập mờ giữa cái đòi hỏi một chất xúc tác bên ngoài – một tế bào chủ, mô não – để tiến hóa, và cái có thể tự nó tiến hóa và sinh sản. Vào một thời điểm nào đó, các quá trình hóa học vô sinh đã vượt qua điểm chuyển tiếp đó và trở thành sự sống ta có thể nhận biết được.

Lynn suy nghĩ rất nhiều về các thông tin sinh hóa trong các phân tử phức tạp, và làm thế nào để hiểu về tiến hóa trong bối cảnh đó. Ông và các cộng sự đang điều tra liệu các protein (về mặt hoá học là chuỗi dài các phân tử hữu cơ được sử dụng để hình thành các tế bào) có thể lưu giữ và truyền đi cùng một dạng thông tin như các phân tử di truyền, không cần ADN hoặc ARN. Tuy nhiên, cả ADN lẫn protein đều phức tạp, vì vậy câu hỏi đặt ra là liệu có gì khác trong lịch sử sự sống trên Trái đất đã xuất hiện trước và tạo nên nền tảng cho cả hai loại hóa chất phức tạp này.

Hồ Pavilion là một nơi chúng ta có thể học cách đặt câu hỏi như vậy. Nhiều nhà nghiên cứu tại Pavilion, các nhà sinh học đang làm việc với AXN và các nhà sinh học vũ trụ (astrobiologisst) đang nghiên cứu về sự sống trên các thế giới khác – tất cả đều cố gắng để hiểu sự thích ứng của sự sống bằng cách sử dụng chất hóa học và vật chất ở mỗi nơi.

Vi khuẩn như những loại sống ở hồ Pavilion ngày nay hiếm khi hình thành nên các cấu trúc trầm tích vi sinh vật; Mặc dù hồ Pavilion có độ kiềm hơi cao hơn so với các hồ khác gần đó và có hàm lượng khoáng chất cao hơn, vẫn không có lý do rõ ràng nào cho sự tồn tại của các cấu trúc này. “Điều gì cho phép trầm tích vi sinh vật tồn tại trong hồ này? Hồ này có điều gì đặc biệt đến vậy?” Darlene Lim, trường nhóm nghiên cứu về hồ Pavilion đặt ra câu hỏi. “Câu hỏi này khá phức tạp để trả lời, và nó cần nhiều góc nhìn khác nhau.”

Tất cả sự sống trên Trái đất đều có họ hàng với nhau, với một tổ tiên chung xa xưa trong quá khứ địa chất. Nhưng có lẽ sự sống như chúng ta biết đã từng tồn tại cùng với các hóa sinh chất khác. Nếu đúng như vậy, theo thời gian các tổ tiên xa xôi của chúng ta đã thành công hơn các sinh vật dựa trên các cấu trúc phân tử khác, sử dụng và định hình môi trường cho đến khi các dạng sống khác bị tuyệt chủng. Ý nghĩ này khiến ta phải ngẫm nghĩ: cái chết, không phải của một loài, mà là của cả một con đường hoàn chỉnh mà có thể đã thống trị hành tinh này nếu lịch sử đã đi theo một con đường khác.

Những sự có-thể-có và chưa-bao-giờ-tồn-tại không đơn thuần chỉ là suy đoán. Với sao Hỏa, với Europa, với hàng nghìn ngoại hành tinh (exoplanet) đã được liệt kê, phạm vi khả năng hóa học có thể rất lớn. Chúng ta không thể mặc định rằng tất cả sự sống sẽ đi theo con đường như trên Trái đất, về cả mặt sinh học hoặc hóa học.

“Sự sống là gì?” không phải là một câu hỏi đơn nhất và cũng không có một câu trả lời đơn nhất. Có lẽ nó không cần câu trả lời nào cả. Những trí tuệ khôn ngoan như Charles Darwin đã bỏ qua những câu hỏi triết học hóc búa như vậy.

Một cấu trúc đá cao hình ống khói đứng trên sườn núi nhìn ra hồ Pavilion. Người Ts’kw’aylaxw, sở hữu vùng đất bao gồm toàn bộ khu vực này, kể những câu chuyện về một con rồng lớn sống ở đó, dõi theo những đứa con của hồ. Khuẩn lam là trong một số những đứa con của sự sống đến từ thời thanh xuân của thế giới. Nhưng chúng cũng hiện đại, như mọi dạng sống: thích nghi với môi trường của nó bởi áp lực tiến hóa. Và mặc dù vẫn là một định nghĩa mơ hồ, nhưng đó chính là sự sống: định hình, được định hình, và luôn tiến hóa.


  1. Khuẩn cổ (archaeons) là nhóm vi sinh vật giống với vi khuẩn nhưng khác về các khía cạnh nhất định của cấu trúc hóa học của chúng, chẳng hạn như thành phần trong thành tế bào. Archaeons thường sống trong những môi trường khắc nghiệt, thường rất nóng hoặc mặn, như suối khoáng nóng hay các lỗ thông hơi thủy nhiệt sâu dưới đáy biển, tuy nhiên một số loài cũng được tìm thấy trong các hệ thống tiêu hóa ở động vật. Chúng được coi là một nhóm riêng biệt trong một số phân loại, nhưng mặt khác là một cách để phân chia Giới khởi sinh (Monera). Một số nhà khoa học tin rằng chúng là những dạng tế bào đầu tiên xuất hiện trên Trái đất.

  2. Núi lửa băng là loại núi lửa phun trào các chất dễ bay hơi như nước, amoni hoặc mêtan, thay vì đá nóng chảy, gọi chung là mác ma băng (cryomagma); các chất này thường là chất lỏng, nhưng cũng có thể ở dạng hơi. Sau khi phun trào, mác ma băng sẽ được ngưng tụ thành dạng rắn khi tiếp xúc với nhiệt độ rất thấp ở xung quanh. Núi lửa băng có thể hình thành trên các mặt trăng băng và các thiên thể khác với lượng nước dồi dào qua đường đóng băng của Hệ Mặt Trời.

    Năng lượng làm tan chảy băng và tạo ra núi lửa băng thường do ma sát thủy triều. Người ta cũng cho rằng các vật tích tụ băng không trong suốt có thể tạo ra một hiệu ứng nhà kính bên dưới bề mặt thiên thể, nó tạo nên năng lượng nung chảy cần thiết. Phân rã phóng xạ cũng có thể là nguồn cung cấp năng lượng cho hoạt động này. Các núi lửa băng có phun ra loại nước hòa với amoniac, có thể tan chảy ở nhiệt độ 180°F (-95°C), tao ra một chất lỏng cực lạnh có thể phun trào khỏi núi lửa.

  3. Chương trình Sesame Street là chương trình truyền hình thiếu nhi Mỹ với những chú rối Muppet do Jim Henson sáng tạo, công chiếu lần đầu năm 1969. Chương trình được pha trộn giữa hoạt hình, con rối, và diễn viên thật để kích thích đầu óc của con nhỏ, giúp nhận diện và ghi nhớ các chữ cái nhanh, giải các bài toán đơn giản, và giúp trẻ tương tác với mọi người xung quanh bằng cách chiếu người trẻ cũng như người lớn trong cuộc đời bình thường. Đây là một trong những chương trình thiếu nhi được yêu mến nhất và được xem nhiều nhất trên thế giới.

  4. Sự sống dựa trên silicon là một dạng sống sử dụng silicon làm cơ sở cho cấu trúc và chức năng sống của nó chứ không phải là cacbon. Sinh vật sống dựa trên silicon thường không phát triển trên các hành tinh lớp M.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

đọc thêm
Mới nhất