Điều kiện hóa học tinh vi của Trái Đất sơ khai quyết định khả năng hình thành sự sống

Một nghiên cứu đột phá gần đây được thực hiện tại ETH Zurich đã làm sáng tỏ những thông số hóa học cực kỳ khắt khe, vốn là nền tảng cho sự khởi đầu của sự sống trên Trái Đất. Công trình này, được công bố trên tạp chí danh tiếng Nature Astronomy, chỉ ra rằng sự hiện diện của nước và nhiệt độ thích hợp là chưa đủ để kích hoạt quá trình phát sinh sự sống (abiogenesis). Thay vào đó, nồng độ oxy chính xác trong lớp manti của hành tinh vào giai đoạn sơ khai, khoảng 4,6 tỷ năm trước, mới đóng vai trò then chốt trong việc định hình tương lai sinh học của Trái Đất.

Các nhà khoa học, bao gồm nghiên cứu viên Craig Walton từ NOMIS–ETH và Giáo sư Maria Schönbächler thuộc Viện Địa hóa học và Thạch học tại ETH Zurich, đã sử dụng các mô hình máy tính tiên tiến để chứng minh một sự thật quan trọng. Họ phát hiện ra rằng việc lưu giữ các nguyên tố thiết yếu cho sự sống, chẳng hạn như phốt pho (thành phần không thể thiếu của DNA/RNA và năng lượng tế bào) và nitơ (cần thiết cho protein), trong lớp manti phụ thuộc rất lớn vào mức độ oxy trong quá trình hình thành lõi hành tinh. Walton và Schönbächler đi đến kết luận rằng Trái Đất đã được hình thành trong một "vùng Goldilocks" hóa học độc nhất vô nhị, nơi mọi yếu tố đều ở mức vừa đủ.

Kết quả mô phỏng cho thấy một sự cân bằng mong manh: nếu nồng độ oxy chỉ cần cao hơn một chút, nitơ sẽ bị thất thoát hoàn toàn vào không gian; ngược lại, nếu nồng độ này thấp hơn, phốt pho sẽ bị giam cầm vĩnh viễn trong lõi hành tinh, khiến các quá trình hóa sinh không thể tiếp cận được. Giáo sư Schönbächler, người có kinh nghiệm phân tích các mẫu vật từ các sứ mệnh không gian như Hayabusa2 và OSIRIS-Rex, nhấn mạnh tầm quan trọng của những điều kiện địa hóa đặc thù này. Những phát hiện này đặt ra dấu hỏi lớn về khả năng duy trì sự sống của các hành tinh khác vốn được coi là có thể ở được, chẳng hạn như Sao Hỏa, nơi được cho là đã hình thành bên ngoài phạm vi hóa học hẹp hòi này.

Nghiên cứu này đánh dấu một bước chuyển mình quan trọng trong lĩnh vực sinh học vũ trụ, dịch chuyển trọng tâm từ việc tìm kiếm nước lỏng truyền thống sang một "bộ lọc hóa học" tinh vi hơn liên quan đến quá trình oxy hóa hành tinh sớm. Trong khi các lý thuyết trước đây về sự phát sinh sự sống giả định một bầu khí quyển khử với hàm lượng oxy tự do rất thấp, nghiên cứu mới lại chỉ ra nhu cầu về một mức độ oxy trung gian, được cân bằng chính xác ngay tại thời điểm bồi tụ lõi. Nhà nghiên cứu Walton nhấn mạnh rằng khả năng hỗ trợ sự sống của Trái Đất không gì khác hơn là kết quả của một "sự may mắn về hóa học" hiếm hoi trong vũ trụ.

Những kết luận từ nghiên cứu gợi ý rằng, trong hành trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất, chúng ta cần chú ý không chỉ đến sự hiện diện của nước mà còn cả thành phần hóa học của các ngôi sao mẹ, vì chúng ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính hóa học của các hành tinh đang hình thành. Điều này mở ra một hướng đi mới cho các dự án như NCCR "Genesis" do ETH Zurich dẫn đầu, một sáng kiến nhằm kết hợp khoa học Trái Đất, hóa học và sinh học để giải đáp những câu hỏi cơ bản nhất về nguồn gốc sự sống. Như vậy, sự sống nảy mầm không chỉ cần các khối xây dựng cơ bản, mà còn cần sự bảo tồn chúng ở dạng có thể tiếp cận được trong lớp manti — một sự trùng hợp địa hóa cực kỳ hiếm gặp.