NASA đã phát hiện ra một biến dạng RNA có thể xác định lại câu chuyện nguồn gốc của sự sống

Một bài báo mới được công bố bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Los Angeles và Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA có thể cung cấp những hiểu biết mới về bí ẩn của sự sống.

Nguồn gốc sự sống trên Trái đất luôn là một câu hỏi thu hút sự chú ý của giới khoa học và công chúng. Một trong những khía cạnh đặc biệt quan trọng trong cấu trúc sự sống là tính bất đối xứng tay (chirality) của các phân tử, yếu tố quyết định sự đồng nhất của các axit amin và phân tử DNA/RNA trong sinh vật sống. Tuy nhiên, nghiên cứu mới từ Đại học California, Los Angeles (UCLA) và Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA đã đặt ra một câu hỏi mới mẻ: liệu chirality có thực sự cố định như chúng ta vẫn nghĩ hay không?

Một trong những khía cạnh đặc biệt quan trọng trong cấu trúc sự sống là tính bất đối xứng tay (chirality).

Chirality – nền tảng của sự sống

Trong hóa học, nhiều phân tử tồn tại dưới hai dạng gương đối lập, giống như tay trái và tay phải. Những dạng này, được gọi là enantiomers, không thể chồng khớp lên nhau nhưng lại có vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của sự sống.

Trên Trái đất, tất cả các sinh vật sống đều sử dụng các phân tử đường "thuận tay phải" và axit amin "thuận tay trái" để hình thành DNA, RNA, và protein. Tuy nhiên, các dạng gương đối lập của chúng, dù tồn tại thì lại không hề tham gia vào cấu trúc sự sống. Hiện tượng này từ lâu đã được cho là kết quả của một xu hướng hóa học cố định trong giai đoạn đầu hình thành sự sống.

Các sinh vật sống đều sử dụng các phân tử đường "thuận tay phải" và axit amin "thuận tay trái" để hình thành DNA, RNA, và protein.

Thế giới RNA và vai trò của ribozymes

Một giả thuyết phổ biến về nguồn gốc sự sống là "thế giới RNA" – giai đoạn sơ khai khi RNA, với vai trò như một phân tử xúc tác, đảm nhận cả chức năng di truyền lẫn xúc tác sinh hóa. Trong giai đoạn này, RNA được cho là tiền thân của DNA và protein.

Các nhà nghiên cứu từ UCLA và NASA đã đặt ra câu hỏi liệu RNA trong thời kỳ đầu có sở thích hóa học rõ ràng với một dạng chirality nào đó hay không. Họ thực hiện thí nghiệm với ribozymes – các đoạn RNA nhỏ có khả năng xúc tác phản ứng hóa học – trong môi trường mô phỏng điều kiện Trái đất sơ khai, nhằm kiểm tra khả năng sản xuất axit amin thuận tay trái hay thuận tay phải.

Phát hiện mới: Chirality không cố định trong thời kỳ đầu

Kết quả từ thí nghiệm với 15 loại ribozymes khác nhau cho thấy, RNA ban đầu không có sự ưu tiên hóa học rõ ràng đối với bất kỳ dạng chirality nào. Các ribozymes có thể xúc tác cho cả axit amin thuận tay trái và tay phải, cho thấy sự sống sớm nhất trên Trái đất có thể đã phát triển một cách ngẫu nhiên, không bị ràng buộc bởi xu hướng chirality như ngày nay.

Irene Chen, giáo sư kỹ thuật hóa học và phân tử sinh học tại UCLA, nhận định: "Các ribozymes này, dù không liên quan trực tiếp đến sinh học hiện tại của chúng ta, có thể đại diện cho những khả năng hóa học mà sự sống trên Trái đất chưa từng trải qua. Điều này mở ra một con đường nghiên cứu mới về nguồn gốc của sự sống".

RNA ban đầu không có sự ưu tiên hóa học rõ ràng đối với bất kỳ dạng chirality nào.

Ý nghĩa vượt xa Trái đất

Những phát hiện này không chỉ thách thức hiểu biết truyền thống về sự đồng nhất sinh học mà còn mở ra triển vọng tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh. Nếu chirality không phải là yếu tố cố định trong giai đoạn đầu, sự sống có thể tồn tại ở nhiều dạng hoàn toàn khác biệt so với Trái đất.

Alberto Vázquez-Salazar, đồng tác giả nghiên cứu, giải thích: "Khám phá này nhấn mạnh tính linh hoạt và khả năng thích nghi của RNA, không chỉ giúp hiểu rõ hơn về sự xuất hiện của sự sống trên Trái đất mà còn hướng dẫn chúng ta trong việc tìm kiếm dấu hiệu sự sống ở những nơi khác trong vũ trụ".

Lịch sử tiền sự sống: Manh mối từ thiên thạch

Hành trình tìm hiểu nguồn gốc sự sống không thể dựa hoàn toàn vào các thí nghiệm hóa học. Do lịch sử lâu đời của Trái đất đã xóa mờ dấu vết ban đầu qua các quá trình kiến tạo địa chất, các nhà khoa học cũng tìm kiếm manh mối trong các thiên thạch. Những mảnh thiên thạch này có thể mang theo các axit amin chiral, giúp cung cấp thêm dữ liệu về cách các phân tử hữu cơ xuất hiện và tiến hóa trong môi trường ngoài không gian.

Jason Dworkin, nhà khoa học cao cấp tại NASA, chia sẻ: "Hiểu được hóa học của sự sống giúp chúng ta định hình những gì cần tìm kiếm khi khám phá sự sống trong hệ Mặt trời. Các nghiên cứu về chirality trên các mẫu thiên thạch và vật chất từ sao Hỏa sẽ giúp làm sáng tỏ thêm vấn đề này".

Tương lai của nghiên cứu: Dữ liệu từ tiểu hành tinh Bennu

Sứ mệnh OSIRIS-REx của NASA, vừa đưa mẫu vật từ tiểu hành tinh Bennu về Trái đất, sẽ cung cấp cơ hội quý báu để phân tích chirality của các axit amin trong môi trường không gian. Các nhà khoa học kỳ vọng rằng dữ liệu này sẽ bổ sung cho những phát hiện về RNA và ribozymes, từ đó tạo nên bức tranh toàn diện hơn về cách các thành phần cơ bản của sự sống hình thành và phát triển.

Tính linh hoạt và ngẫu nhiên trong nguồn gốc sự sống

Nghiên cứu từ UCLA và NASA đã làm sáng tỏ một sự thật quan trọng: sự sống, ít nhất trong giai đoạn đầu, có thể không phải là kết quả của một quyết định hóa học cố định, mà mang tính linh hoạt và thích nghi cao. Điều này không chỉ thay đổi hiểu biết của chúng ta về sự sống trên Trái đất mà còn mở ra hướng tiếp cận mới trong việc tìm kiếm sự sống trong vũ trụ.

Những bí mật của chirality – từ Trái đất sơ khai đến các ngôi sao xa xôi – vẫn còn là một câu chuyện đầy hấp dẫn, hứa hẹn nhiều khám phá thú vị trong tương lai.

• Nghiên cứu gây sốc về nguồn gốc sự sống trên Trái đất
• Sự sống trên trái đất hình thành ra sao?
• Hàng trăm gene vẫn hoạt động sau khi cơ thể chết đi

Từ khóa liên quan:

biến dạng RNA

nguồn gốc của sự sống

Nguồn gốc sự sống trên Trái Đất

tính bất đối xứng tay

chirality

Thế giới RNA

ribozymes

Irene Chen

Alberto Vázquez-Salazar