Cuộc sống trên Trái đất có thể khởi đầu từ một liều Xyanua

Một thìa carbon, một giọt hydro và một chút xyanua - đây có thể là một phần của công thức tạo ra các khối cơ bản của sự sống. Đúng vậy, bạn đã nghe đúng: Hóa chất cực độc xyanua.

Trong lịch sử, xyanua được coi là một chất cực kỳ độc hại. Nó được sử dụng như một vũ khí sinh học từ cuộc chiến Pháp-Phổ vào cuối thế kỷ 19, cho đến cả hai cuộc Thế chiến và một số bằng chứng ủng hộ vai trò của nó trong cuộc chiến Iran-Iraq.

Cyanide thậm chí đã thấm nhuần vào văn hóa đại chúng, thường xuất hiện trong các bộ phim hoặc truyện tranh khi được sử dụng bởi các mật vụ hay những người phải đối mặt với sự lựa chọn giữa phản bội và cái chết.

Tuy nhiên, theo một bài báo mới đây trên tạp chí Nature, một nhóm các nhà hóa học cho rằng mặc dù xyanua thường kết thúc sự sống như chúng ta biết, nhưng có thể đã đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển sự sống từ thời kỳ sơ khai của Trái đất, khoảng 4 tỷ năm trước.

“Xyanua là chất độc với các cơ chế sinh học mà chúng tôi đang nghiên cứu ngày nay', Ramanarayan Krishnamurthy, một nhà hóa học tại Viện nghiên cứu Scripps ở California và là tác giả chính của nghiên cứu nói. 'Tuy nhiên, nếu tự nhiên biết cách xử lý, có thể nó không còn độc hại nữa'.

Trong phòng thí nghiệm, cơ bản, ông và các nhà nghiên cứu đã kết hợp một loạt các phân tử có trên Trái Đất từ thuở sơ khai và sau đó thêm một chút xyanua.

Trớ trêu thay, chất nguy hiểm đã giúp tổng hợp các thành phần đơn giản nhất của sự sống - trong điều kiện phản ứng vừa phải và ít bước.

“Cái kiểu đó đôi khi khiến bạn sợ hãi, khi nó quá đơn giản', Krishnamurthy nói. 'Chúng tôi đã kiểm tra điều này bởi ba hoặc bốn người khác nhau để đảm bảo rằng chúng tôi có những diễn giải chính xác.'

Nhóm nghiên cứu nói cơ chế độc đáo của nó đánh dấu 'sự trình diễn đầu tiên' của con đường sinh học dẫn tới nguồn gốc của sự sống - và một cơ chế đơn giản hơn nhiều so với cơ chế không độc hại, được chấp nhận rộng rãi, đòi hỏi các điều kiện phản ứng khắc nghiệt và các bước phức tạp.

Điều gì đã thực sự diễn ra cách đây 4 tỷ năm?

Từ lâu, các chuyên gia tin rằng trong đại dương sơ khai của Trái Đất tồn tại một loạt phân tử khác nhau, tương tác và tạo thành các hợp chất phức tạp, từ đó tạo ra sinh vật đơn giản. Phương pháp này sau đó đã tạo ra mọi thứ, bao gồm cả chúng ta.

Trong cốt truyện này, một điều quan trọng là chu trình axit tricarboxylic khử, hay chu trình r-TCA. Quá trình sinh học này dùng protein để tạo ra các hợp chất nuôi sống. Tóm lại, nó là một yếu tố không thể thiếu cho cuộc sống ngày nay, và chuyên gia tin rằng nó đã có ảnh hưởng quan trọng từ lâu và sau đó biến mất trong môi trường sơ khai.

Tuy nhiên, môi trường sơ khai của Trái đất không phù hợp cho chu trình r-TCA. Oxy không tồn tại khi Trái đất còn quá trẻ, và cũng không có protein thúc đẩy chu kỳ. Một số kim loại có thể khiến mọi thứ diễn ra, nhưng điều đó cần có điều kiện khắc nghiệt, ví dụ như nhiệt độ cao.

Krishnamurthy, nhà hóa học, giải thích rằng nhiều điều kiện này không tồn tại trên Trái đất sơ khai và đã ngăn chặn các nhà khoa học từ việc tái tạo chu trình r-TCA cổ điển trong phòng thí nghiệm. Họ phải sắp xếp lại mọi thứ, tạo điều kiện, chờ đợi và quan sát.

Mặc dù các thí nghiệm như vậy tạo ra các hợp chất r-TCA, nhưng khó khăn để chứng minh chúng có thực sự xuất phát từ chu trình. Thực ra, không rõ liệu r-TCA đã tồn tại cách đây 4 tỷ năm hay không.

Trong một nỗ lực để chứng minh một chu trình khử thay thế tạo ra các hợp chất khởi đầu của sự sống, Krishnamurthy đã thực hiện thí nghiệm với xyanua thay vì các kim loại phức tạp. Ông nhận thấy các phân tử đi theo con đường tương tự như r-TCA, từng bước một, nhưng với ít bước tổng thể hơn và trong điều kiện nhẹ nhàng hơn nhiều.

Dường như nó kể câu chuyện về sự sống sơ khai của Trái đất một cách dễ dàng hơn, đáng kể.

Tuy vậy, các nhà nghiên cứu đang xem xét kết quả của họ chỉ bằng một hạt muối giữa đại dương. Krishnamurthy nói: 'Xyanua được cho là đã có mặt trên Trái đất sơ khai, mặc dù không có bằng chứng cụ thể nào về điều đó vì nó là một phân tử phản ứng có thể đã được tiêu thụ.'

Krishnamurthy cũng mô tả một cách tiếp cận tương tự về cách hiểu khái niệm này.

Hãy tưởng tượng đưa một người từ một ngôi làng xa xôi, nơi mọi người chỉ biết xây nhà bằng gạch, đến thành phố New York. Họ sẽ ngạc nhiên nhìn thấy những tòa nhà chọc trời và có thể sẽ hỏi làm thế nào những tòa nhà kim loại này có thể được tạo ra.

Tất nhiên, điều họ không biết là những tòa nhà chọc trời không được xây bằng gạch và chắc chắn không phải do một nhóm nhỏ công nhân xây dựng. Chúng được xây bằng thép, sử dụng cần cẩu và các thiết bị khổng lồ.

“Những gì chúng tôi đang nghiên cứu về sinh học, đó giống như những tòa nhà khổng lồ, đẹp đẽ này', Krishnamurthy nói. 'Nhưng chúng tôi không biết chúng được xây dựng như thế nào và những gì đã tồn tại trước đó để chúng có thể xuất hiện.'

Theo ông, nếu có đủ xyanua trên Trái đất ở thời kỳ sơ khai, sự sống có thể đã sử dụng chất độc mà chúng ta ngày nay coi là độc hại. Và hơn nữa, nếu có các sinh vật ngoài trái đất tồn tại trên các hành tinh khác, có lẽ xyanua cũng đã tham gia vào quá trình này.

“Chúng tôi muốn hóa học giải thích mọi thứ diễn ra như thế nào', Krishnamurthy nói. 'Thay vì giả định rằng chúng ta hiểu cách quá trình sinh học diễn ra từ 4 tỷ năm trước. Không, rõ ràng là chúng ta không biết gì về thời điểm đó.'

Xem thêm trên Cnet