Vì sao phát hiện ra nguồn gốc của sự sống lại có tên trong 100 phát hiện khoa học vĩ đại nhất?

Một trong những bí mật lớn nhất từ xưa đến nay đó là: sự sống trên hành tinh của chúng ta có nguồn gốc từ đâu? Câu hỏi này đã khiến con người đưa ra nhiều lập luận khác nhau. Những loại vi khuẩn tưởng chừng không tồn tại trên trái đất thì lại được tìm thấy trong một thiên thạch được phát hiện ra ở vùng cực Nam, rất có thể sự sống trên hành tinh này đến từ một hành tình khác.

Trong khoảng thời gian hơn 100 năm, lý luận khoa học phổ biến nhất luôn là: phân tử DNA (sự sống) có nguồn gốc từ axit amin, axit amin lại được tự nhiên hình thành từ những hỗn hợp hóa học giống như biển nguyên thủy. Cách nói này luôn là một lập luận phổ biến nhất cho đến khi Stanley Miller tái hiện lại môi trường biển nguyên thủy trong phòng thí nghiệm và chứng minh axit amin thực sự có thể được hình thành từ loại “súp” hỗn hợp hóa học này.

Đây là bằng chứng đầu tiên trong phòng thí nghiệm và cũng là phát hiện đầu tiên của khoa học chứng minh được quan điểm cho rằng sự sống trên trái đất được hình thành từ sự tiến hóa của các hợp chất vô cơ có trong biển trái đất thời kỳ sơ khai. Khám phá này đã trở thành nền tảng và cơ sở vững vàng trong lĩnh vực sinh học.

Nguồn gốc của sự sống được phát hiện ra như thế nào?

Trước năm 1950, các nhà khoa học đã dùng mọi phương pháp chứng minh rằng trái đất đã tồn tại được 4,6 tỷ năm. Nhưng những hóa thạch cổ nhất của tế bào vi khuẩn nhỏ bé được tìm thấy cũng chỉ có lịch sử 3,5 tỷ năm. Điều này cho thấy trước khi xuất hiện sự sống, trái đất của chúng ta đã qua trong vũ trụ hơn 1 tỷ năm.

Như vậy sự sống đã xuất hiện như thế nào? Đa số mọi người đều cho rằng sự sống bắt nguồn từ các chất hóa học vô cơ. Lập luận này tuy có cơ sở nhưng không ai có thể khẳng định được tính chính xác của nó.

Cuối những năm 40 của thế kỷ XX, nhà hóa học Harold Urey thuộc trường Đại học Chicago đã cùng với các nhà thiên văn học và vũ trụ học cố gắng tìm hiểu xem môi trường sống thời kỳ sơ khai trên trái đất có đặc điểm như thế nào. Họ đã khẳng định rằng khí quyển thời kỳ sơ khai trên trái đất bao gồm các thành phần hóa học giống nhau với thành phần khác trong vũ trụ, trong đó 90% khí hidro, 9% khí heli, còn lại 1% là tổng hợp của Oxy (O₂), các bon (C), nitơ(N), nêông (Ne), lưu huỳnh (s), silic (Si), sắt (Fe) và agon (Ar). Trong đó heli, agon và nitơ không có phản ứng với các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất hóa học.
Thông qua thí nghiệm, Urey khẳng định rằng dưới một điều kiện nhất định nào đó, các thành phần có trong khí quyển thời kỳ sơ khai này sẽ kết hợp tạo thành nước (H²O), metan, amoniac, và H²S.

Lúc này, Stanley Miller cũng tham gia vào nghiên cứu. Năm 1952, nhà hóa học 32 tuổi này quyết định tiến hành thí nghiệm đối với lý luận đang phổ biến này để xem hợp chất hóa học hỗn hợp đó của Urey có tạo ra sự sống hay không. Ông cẩn thận khử độc các ống nghiệm thủy tinh dài, bình thót cổ và cốc bêse, sau đó lắp một dàn đứng giống một chiếc giá đỡ trong phòng thí nghiệm thủy tinh có tác dụng liên kết lại một vị trí cố định trên giá đỡ. Trong cốc bêse đựng nước đã được khử độc, trong bình thót cổ chứa đầy ba chất khí mà Urey đã đoán định là tồn tại trong bầu khí quyển của trái đất thời kỳ sơ khai đó là: metan, amoniac và sunfua.

Miller từ từ đun sôi nước trong cốc, để nước bốc hơi bay lên tầng khí quyển kín giống như một mê cung tạo thành bởi ống nghiệm thủy tinh và cốc bêse. Trong cốc được đánh dấu tầng khí quyển, hơi nước bốc lên hòa với ba loại khí trên và tạo thành một quầng mây xoáy.

Miller nhận ra rằng phải có nguồn năng lượng thì mới có thể tiến hành phản ứng hóa học mở đầu cho sự sống. Các nhà khoa học khác đã khẳng định rằng, sấm sét và bão gió luôn xuất hiện không ngớt trong khí quyển buổi sơ khai, Miller bèn quyết định tạo ra sấm sét nhân tạo ngay trong phòng thí nghiệm của mình. Ông nối pin vào hai điện cực, một tiếng chớp xoẹt ngang trong phòng. Sau đó ông dẫn một tiếng chớp xoẹt ngang trong phòng. Sau đó ông dẫn một ống nghiệm thủy tinh ra khỏi tầng khí quyển và cho nó qua một dàn ống xoắn lạnh, tại đây hơi nước sẽ được làm ngưng lại và nhỏ giọt vào trong cốc bêse có nhiệm vụ thu gom được nối với cốc bêse đựng nước ban đầu.

Sau một tuần tiến hành thực hiện chu trình kín trong tầng khí quyển, Miller đã phân tích hệ thống những hợp chất còn lại trong cốc bêse thu gom, và phát hiện ra rằng 15 % vật chất trong hệ thống này đã chuyển thành hợp chất hữu cơ, 2% tạo thành axit amin (protein và thành phần cấu tạo nên DNA). Trong khoảng thời gian một tuần ngắn ngủi, Miller đã phát hiện ra thành phần cấu tạo sự sống hữu cơ. Các nhà khoa học hết sức ngạc nhiên vì Miller đã tạo ra axit amin – yếu tố quan trọng hình thành sự sống này bằng phương pháp rất đơn giản.

Đến năm 1953, cấu trúc phân tử DNA cuối cùng cũng đã được khám phá ra, cấu trúc này rất khớp với lý luận axit amin của Miller, chúng hoàn toàn có thể liên kết hợp để tạo ra một chuỗi các sự sống dài hơn, đây cũng là bằng chứng chứng minh cho những khám phá về nguồn gốc sự sống trên trái đất của Stanley Miller.

schoolnet