USA Tryptophan trên tiểu hành tinh Bennu: Phát hiện mới cho thấy “công thức sự sống” đến từ vũ trụ

[Gibbs]

Từ món gà tây Lễ Tạ Ơn đến tảng đá bay Bennu

Tryptophan – cái tên thường được nhắc đến mỗi mùa Lễ Tạ Ơn khi người Mỹ đùa nhau “ăn nhiều gà tây là buồn ngủ” – hóa ra không chỉ nằm trong bàn ăn gia đình. Mới đây, các nhà khoa học đã tìm thấy dấu vết của chính axit amin thiết yếu này trên Bennu, một tiểu hành tinh nhỏ bé bay ngang quỹ đạo Trái Đất khoảng mỗi sáu năm. Phát hiện này đến từ mẫu vật do sứ mệnh OSIRIS-REx của NASA mang về: con tàu đã đáp xuống Bennu năm 2020, hốt được khoảng 121,6 gram đá và bụi, rồi đưa “kho báu” đó trở lại Trái Đất vào năm 2023. Một phần rất nhỏ trong số ấy đã được chia cho các phòng thí nghiệm khắp thế giới để phân tích.

Trước đó, Bennu vốn đã nổi tiếng trong giới khoa học: thành phần của nó được xem như tấm gương phản chiếu Hệ Mặt Trời sơ khai, giúp ta nhìn lại những hóa chất đầu tiên có thể đã góp phần tạo ra sự sống trên Trái Đất. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy trong mẫu Bennu đã có 14 trong số 20 axit amin dùng để xây dựng protein ở mọi sinh vật sống, cùng với đủ cả 5 loại nucleobase – những “chữ cái” tạo nên bộ mã di truyền DNA và RNA.

Bennu – “viên thời gian thạch” mang ký ức 4,5 tỉ năm

Bennu không lớn: nó chỉ rộng khoảng 1/3 dặm (chừng vài trăm mét), nhưng lại mang trong mình lịch sử kéo dài hàng tỉ năm. Theo ước tính, Bennu là mảnh vỡ từ một tiểu hành tinh lớn hơn nhiều, hình thành đâu đó trong vành đai tiểu hành tinh giữa Sao Hỏa và Sao Mộc, rồi bị va chạm tách ra vào giai đoạn từ 2 tỉ đến 700 triệu năm trước. Các nguyên tố trong Bennu ban đầu được “rèn” nên bởi những vụ nổ siêu tân tinh – cái chết dữ dội của các ngôi sao già – còn lâu trước khi Hệ Mặt Trời xuất hiện. Sau đó, Bennu tiếp tục bị nung nóng, bắn phá, chiếu xạ, và tất cả những quá trình đó đã nhào trộn nên kho hóa học phong phú mà chúng ta đang thấy hôm nay.

Trong khoảng 1,75 triệu năm trở lại đây, Bennu “lảng vảng” khá gần quỹ đạo Trái Đất. Tính toán cho thấy nó có xác suất rất nhỏ – khoảng 0,037%, hay 1/2.700 – có thể va vào Trái Đất vào năm 2182, một kịch bản có thể gây ra “mùa đông toàn cầu” nếu thực sự xảy ra. Nhưng đối với giới khoa học, giá trị lớn nhất của Bennu không nằm ở nguy cơ hủy diệt, mà ở chỗ nó là một viên “thời gian thạch” gần như nguyên vẹn, chứa đựng công thức hóa học của Hệ Mặt Trời trong buổi “ấn nút khởi động”.

15/20 axit amin xây dựng protein – những mảnh ghép chưa lắp thành hình

Ngay từ các kết quả đầu tiên, Bennu đã gây chấn động: trong mẫu đá xám nhỏ bé ấy, người ta đã phát hiện 33 loại axit amin, trong đó 14 loại là các axit amin dùng để tạo nên protein trong sinh vật sống trên Trái Đất. Đồng thời, tất cả 5 loại nucleobase tạo nên DNA và RNA cũng hiện diện. Những “mảnh ghép” cơ bản nhất của sự sống – từ axit amin đến nucleobase – hóa ra có thể được tổng hợp tự nhiên trong không gian, chứ không phải chỉ trong những đại dương nguyên thủy của Trái Đất.

Giờ đây, phân tích mới còn tiến thêm một bước: nhóm nghiên cứu đã tự tin, dù chưa dám tuyên bố tuyệt đối, rằng họ đã tìm thấy tryptophan – đưa tổng số axit amin xây dựng protein được xác định trên Bennu lên con số 15 trên 20. Tryptophan được xếp vào nhóm “thiết yếu” vì cơ thể người không tự tổng hợp được, mà phải lấy từ thức ăn. Nó cũng là một trong những axit amin có cấu trúc phức tạp hơn, từng chưa bao giờ được ghi nhận trong bất cứ mẫu vật ngoài Trái Đất hay thiên thạch nào trước đây.

Tại sao tryptophan là “ngôi sao” của phát hiện lần này?

Theo nhà hóa học vũ trụ José Aponte thuộc Trung tâm bay vũ trụ Goddard của NASA, việc tìm thấy tryptophan trên Bennu là một cột mốc đặc biệt, bởi đây là một axit amin phức tạp và “khó tính”. Thực tế là cho đến nay, người ta đã từng phát hiện nhiều loại axit amin trong các thiên thạch rơi xuống Trái Đất, trong mẫu vật từ tiểu hành tinh Ryugu của Nhật Bản, nhưng chưa ai thấy bóng dáng tryptophan. Điều đó khiến cho sự xuất hiện của nó trong mẫu Bennu trở nên đầy ý nghĩa.

Nếu một phân tử phức tạp như tryptophan có thể hình thành tự nhiên trong đám bụi và băng đá ngoài không gian, điều đó cho thấy “công thức làm nên sự sống” không chỉ là câu chuyện riêng của Trái Đất. Như Aponte nhận xét, việc thấy tryptophan được tạo ra từ rất sớm trong Hệ Mặt Trời cho thấy những nguyên liệu thiết yếu của sự sống đã sẵn sàng hiện diện trong không gian, trước cả khi Trái Đất kịp ổn định để đón nhận chúng. Dù nhóm nghiên cứu vẫn cần thêm thử nghiệm để khẳng định 100%, các chuyên gia độc lập đánh giá cao khả năng rằng phân tử này thực sự có nguồn gốc từ Bennu, chứ không phải từ sự nhiễm bẩn trên Trái Đất, vì mẫu vật được bảo quản trong điều kiện cực kỳ “sạch” từ lúc thu thập đến khi phân tích.

Asteroid – dịch vụ “giao hàng tạp hóa” cho Trái Đất sơ khai

Một nhà khoa học đã ví von: các tiểu hành tinh giống như dịch vụ “giao hàng tạp hóa” cho Trái Đất thuở ban sơ. Trong hàng trăm triệu năm, chúng liên tục lao vào bầu khí quyển, đem theo nước, muối, các hợp chất hữu cơ, axit amin… đổ xuống bề mặt Trái Đất mới hình thành, như trút từng đợt nguyên liệu vào “nồi canh sự sống” đang sôi âm ỉ. Việc phát hiện ngày càng nhiều loại phân tử cần cho sự sống trong các mẫu asteroid – từ Ryugu đến Bennu – đang củng cố mạnh mẽ cho ý tưởng đó.

Nhà sinh hóa Harold Morowitz, người tiên phong trong nghiên cứu nguồn gốc sự sống, từng cho rằng các phân tử cốt lõi cấu thành sự sống hiện nay thực ra là “hóa thạch phân tử” còn sót lại từ chính hóa học của Hệ Mặt Trời thuở ban đầu. Khi chúng ta thấy những axit amin giống hệt loại mà sự sống đang dùng xuất hiện trong các tảng đá cổ xưa nhất của vũ trụ gần kề, giả thuyết ấy càng thêm sức nặng. Nói cách khác, sự sống không phát minh mọi thứ từ con số 0; nó tận dụng lại các “viên gạch” mà vũ trụ đã sản xuất sẵn, rồi lắp ghép theo những cách ngày càng tinh vi hơn.

Mẫu vật “nguyên seal” và những hóa chất mong manh dễ vỡ

Một lý do khiến Bennu trở nên vô giá là: lần này, ta không phải chờ thiên thạch tự rơi xuống rồi nhặt nhạnh những gì còn sót lại sau khi nó đã cháy rụi, vỡ vụn trong khí quyển. OSIRIS-REx đã “tận nơi” lấy hàng và mang về nguyên vẹn. Khi một tảng đá vũ trụ lao xuyên qua bầu khí quyển, nhiệt độ cực cao sẽ làm biến đổi mạnh thành phần hóa học, làm mất đi nhiều loại muối, khoáng chất, hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hoặc dễ phân hủy.

Trong mẫu Bennu mà OSIRIS-REx mang về, các nhà khoa học đã thấy những thứ mà thiên thạch rơi tự nhiên thường đánh mất: những loại muối natri tinh tế, như các tinh thể natri carbonat ngậm nước dạng “kim” li ti; các loại khoáng vật và hợp chất hữu cơ rất dễ bị nước hoặc không khí trên Trái Đất làm biến chất; cùng với các phân tử như amoniac – tiền chất giúp hình thành axit amin. Một trong các nhà điều tra chính, Dante Lauretta, mô tả Bennu như một “thế giới địa chất giàu có” với nhiều hệ thống chất lỏng khác nhau đã từng tồn tại, mỗi nơi lại tạo ra một kiểu “phòng thí nghiệm hóa học” riêng. Tổng hợp tất cả, Bennu cho thấy các thiên thể nhỏ trong Hệ Mặt Trời sơ khai không hề “chết”, mà rất năng động và giàu chất hữu cơ, từ lâu trước khi Trái Đất xuất hiện sự sống.

Khi câu hỏi “chúng ta từ đâu đến?” có thêm một mảnh ghép

Phát hiện tryptophan trên Bennu không phải là “bằng chứng” cho thấy có sinh vật sống ngoài Trái Đất, mà chính xác hơn, nó nói rằng hóa học vũ trụ đã chuẩn bị sẵn nguyên liệu để sự sống có thể nhen nhóm. Những tảng đá âm thầm quay quanh Mặt Trời hàng tỉ năm hóa ra mang theo cả “thực đơn” axit amin và nucleobase, chờ dịp rơi xuống một hành tinh đủ hiền hòa để chúng không bị hủy diệt, rồi từ đó diễn ra những phản ứng vô số lần thử–sai cho đến khi xuất hiện tế bào sống đầu tiên.

Ở góc nhìn đời thường, câu chuyện này còn thú vị ở chỗ: phân tử từng được gán tiếng oan “khiến người ta buồn ngủ sau bữa gà tây Lễ Tạ Ơn” hóa ra có thể được nấu chín giữa những vì sao, rồi gửi xuống Trái Đất từ hàng tỉ năm trước qua những viên đá như Bennu. Một ngày nào đó, khi chúng ta nhìn lên bầu trời đêm, có lẽ sẽ không chỉ thấy những chấm sáng vô tri, mà thấy cả lịch sử rất dài của chính mình được gói gọn trong những “hóa thạch phân tử” đang mang theo bí mật về nguồn gốc sự sống.