Nguồn gốc của sự sống là quá trình mà các vật chất không sống (vô cơ), tự lắp ráp trong một số điều kiện tự nhiên thích hợp để phát triển thành các hợp chất hữu cơ đơn giản. Tất nhiên chi tiết của quá trình này vẫn còn là điều bí ẩn và các nhà khoa học vẫn không biết cách thức chính xác chúng diễn ra, hay có thường xuyên xảy ra trong vũ trụ không?

Các tôn giáo trên thế giới cũng có nhiều ý tưởng khác nhau về cách sự sống xuất hiện, tất nhiên, họ luôn tin rằng tất cả vũ trụ là do bàn tay ma thuật của các thế lực siêu nhiên tạo ra. Nhưng những lời giải thích đó, chỉ là những câu chuyện huyền thoại đầy màu sắc, khiến nhiều người trong chúng ta không thực sự hài lòng.

"Làm thế nào mà sự sống xuất hiện?" là một trong những câu hỏi hấp dẫn nhất của loài người và khiến các nhà khoa học liên tục phải tìm kiếm câu trả lời.

Tomonori Totani là một giáo sư thiên văn học tại Đại học Tokyo cũng bị lôi cuốn bởi những ý tưởng đó. Ông đã viết một bài báo có tiêu đề “Sự xuất hiện của sự sống trong một vũ trụ có tính giãn nở”, được công bố trên tờ Báo cáo Khoa học Tự nhiên.

Phòng thí nghiệm thiên văn học của Giáo sư Totani

Nghiên cứu của Giáo Sư Totani dựa vào hai yếu tố đi đôi với nhau:

- Niên đại và kích cỡ của Vũ trụ, quá trình giãn nở của Vũ trụ và tỷ lệ diễn ra của các sự kiện bất kỳ trong Vũ trụ.

- Nghiên cứu về ARN, để tìm hiểu xem một chuỗi các nucleotide cần phải dài bao nhiêu để "mong đợi một hoạt động tự sao chép diễn ra".

Công trình của Giáo sư Totani, giống như hầu hết tất cả các nghiên cứu về khởi nguồn sự sống, đều xem xét các thành phần cơ bản của sự sống trên Trái đất là: ARN, hay còn gọi là axit ribonucleic. ADN phức tạp hơn nhiều ARN, chúng mang thông tin về cách hình thành sự sống của từng cá thể. Thế nhưng ARN vẫn phức tạp hơn tổ hợp hóa học có ở ngoài Trái Đất, và chính vì việc ARN đơn giản hơn ADN, tỷ lệ tự hình thành của ARN cao hơn.

Ngoài ra có một giả thuyết trong quá trình tiến hóa cho rằng mặc dù ADN mang các thông tin hướng dẫn để tạo nên một sinh vật, nhưng ARN mới là tác nhân điều chỉnh quá trình phiên mã các chuỗi ADN. Giả thuyết mang tên “tiến hóa dựa trên ARN” và khẳng định ARN là đối tượng của chọn lọc tự nhiên trong học thuyết Darwin và cũng có thể di truyền được.

Vì vậy nếu phải xem xét giữa ARN và ADN, để tìm ra đâu là thành phần sinh học được tạo ra đầu tiên từ thuở sơ khai của vũ trụ, thì chúng ta nên chọn ARN.

Hình ảnh mô phỏng hai sợi ARN.

ARN là một chuỗi các chất hóa học được gọi là nucleotide. Nhiều nghiên cứu cho thấy một chuỗi các nucleotide cần ít nhất 40 đến 100 nucleotide trước khi hành vi tự sao chép xảy ra giúp sự sống có thể tồn tại.

Phải cần khá nhiều thời gian, khi tập hợp đủ các nucleotide, các phân tử mới có thể tạo thành một chuỗi để đáp ứng yêu cầu về chiều dài tối thiểu đó. Và câu hỏi ở đây là, đã có đủ thời gian cho sự sống như vậy hình thành trong vũ trụ hay chưa? Vũ trụ đã tồn tại hơn 13 tỷ năm và chúng ta đã đang ngồi đây, câu trả lời chắc phải là có chứ?

Tuy nhiên theo thông cáo báo chí đã công bố của bài báo mới này, "Ước tính hiện tại cho thấy con số tạo nên sự sống từ 40 đến 100 nucleotide đầy ma thuật, không thể xuất hiện trong các vùng không gian thuộc vũ trụ chúng ta quan sát được". 

Điểm mấu chốt là đây, thế còn vùng không gian ta không quan sát được thì sao?

Vũ trụ khả kiến có đường kính 93 tỷ năm ánh sáng.

"Vũ trụ thực sự rộng lớn hơn nhiều phần mà con người có thể quan sát được", Giáo sư Totani nói. "Trong vũ trụ học đương đại, vũ trụ đã trải qua thời kỳ giãn nở nhanh chóng tạo ra một khu vực mở rộng, lớn đến mức vượt ra khỏi chân trời của không gian chúng ta có thể quan sát trực tiếp. Việc đưa diện tích lớn hơn này vào các mô hình khởi nguồn sự sống làm tăng đáng kể cơ hội phát sinh sự sống."

Vũ trụ của chúng ta ra đời trong một Vụ Nổ Lớn (Big Bang) và theo nghiên cứu của giáo sư Totani, Vũ trụ "có thể bao gồm hơn 10^100 ngôi sao giống như Mặt trời", trong khi Vũ trụ quan sát được chỉ chứa khoảng 10^22 ngôi sao.

Chúng ta đều biết rằng sự sống đã xảy ra ít nhất một lần, do đó, không có vấn đề gì về việc nó đã xảy ra thêm một lần nữa, ngay cả khi cơ hội là vô cùng nhỏ bé.

Đi tìm các Hệ sao giống Hệ Mặt Trời là chìa khóa phát hiện sự sống.

Theo thống kê, lượng vật chất trong vũ trụ quan sát được chỉ có thể tạo ra ARN dài 20 nucleotide, thấp hơn con số 40 đến 100. Nhưng vì giãn nở nhanh, diện tích phần lớn vũ trụ lại nằm ngoài vùng quan sát được của loài người. Điều đó có nghĩa: khoảng cách quá xa đã khiến ánh sáng phát ra từ thời Big Bag không đến được Trái Đất. Khi các nhà vũ trụ học cộng số lượng ngôi sao trong vũ trụ khả kiến và vũ trụ không quan sát được lại với nhau, số lượng kết quả là 10^100 ngôi sao giống như Mặt trời,

Điều đó đồng nghĩa với việc ngoài Vũ trụ còn rất nhiều vật chất khiến cho việc chuỗi ARN hình thành không chỉ khả thi mà đã có thể diễn ra rồi, hay thậm chí là điều chắc chắn xảy ra.

Trong nghiên cứu của mình, giáo sư nói rằng mình nghiên cứu mối quan hệ cơ bản. Rằng: "Định lượng các tương tác hóa học có nguồn gốc từ độ dài tối thiểu của ARN cần để tạo ra polymer - hợp chất cao phân tử sinh học - đầu tiên, và kích cỡ Vũ trụ cần thiết để tạo ra một chuỗi ARN đủ dài và đủ khả năng hình thành sự sống, dựa trên việc thêm vào các monome - các đơn vị cấu tạo nên đa phân tử".

Nếu các bạn đọc mấy dòng trên mà khó hiểu, thì đây là kết luận của giáo sư Tomonori Totani:

Chỉ cần nhiều vật chất hơn là sự sống có thể tự sản sinh.

Vũ trụ thực tế lớn hơn phần có thể quan sát được và có khả năng chứa tới 10^100 ngôi sao giống như Mặt trời. Nếu xác suất để tạo ra ARN phi sinh học trên một hành tinh giống Trái đất bằng 1, thì độ dài nucleotide tối thiểu phải nhỏ hơn 20 nucleotide, thấp hơn nhiều so với mức tối thiểu 40 nucleotide đã nêu ban đầu.

Nhưng các nhà khoa học không nghĩ rằng ARN có thể tự sao chép khi chỉ có 20 nucleotide, ít nhất là trên quan điểm của chúng ta khi quan sát sự sống hình thành trên Trái Đất. Như Giáo sư Totani đã nói trong bài báo của mình, ắt phải có một quá trình chưa rõ nào đó xuất hiện ở trong một Vũ trụ vô tận những khả năng.

Quá trình bí ẩn đó là gì?

Có lẽ không ai biết rõ, nhưng đây sẽ là một lỗ hổng của khoa học mà các tôn giáo có thể hô vang "Tất nhiên, là do Chúa Trời".

Công việc của Giáo sư Totani thực chất không phải đi tìm câu trả lời về cách thức khởi nguồn sự sống. Nhưng giống như rất nhiều công trình nghiên cứu khoa học khác, nó giúp tạo ra những bài toán mở để thế hệ tiếp theo giải đáp khi đã nắm bắt được nhiều kiến thức hơn.

Cũng như nhiều người cùng ngành nghiên cứu khác, động cơ của tôi là trí tò mò và những câu hỏi lớn", giáo sư Totani nói.

"Kết hợp hai cuộc điều tra gần đây về hóa học ARN với lịch sử vũ trụ học, khiến tôi nhận ra rằng vũ trụ phải có nhiều cách để chuyển từ trạng thái phi sinh học sang trạng thái sinh học. Đó là một suy nghĩ thú vị và tôi hy vọng nghiên cứu này có thể làm sáng tỏ điều đó, giúp khám phá ra nguồn gốc của sự sống."

Theo Universe Today