Sự sống trên Trái đất bắt đầu như thế nào đã khiến các nhà khoa học bối rối trong việc đưa ra câu trả lời trong một thời gian dài. Và nó vẫn vậy.

Hóa thạch cung cấp bằng chứng rất quan trọng về sự tiến hóa của thực vật và động vật. Thật không may, có rất ít hóa thạch của các vi khuẩn cổ đại, vì vậy các nhà khoa học dựa vào các vi khuẩn hiện đại để đưa ra các lý thuyết về cách thức cuộc sống bắt đầu. Tác giả bài viết đã nghiên cứu về vi khuẩn hiện đại và một loại vi sinh vật khác gọi là vi khuẩn cổ từ môi trường nóng trong nhiều năm để tìm hiểu xem chúng có thể đã tiến hóa như thế nào trên Trái đất sơ khai. Nhưng với tác giả, vẫn còn rất nhiều câu hỏi chưa được giải đáp.

Dựa trên bằng chứng hóa thạch mà chúng ta có, vi sinh vật đơn bào xuất hiện trên Trái đất trước sự sống tế bào lớn hơn như thực vật và động vật. Nhưng loại vi sinh vật nào là loại sự sống đầu tiên?

Những vi khuẩn được coi là sống?

Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào sống được bao bọc bởi một lớp màng. Chúng tiêu thụ và chuyển đổi chất dinh dưỡng thành các phân tử sinh học hoặc năng lượng và quá nhỏ để có thể nhìn thấy nếu không có kính hiển vi.

Theo định nghĩa này, vi khuẩn, vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn đơn bào là vi sinh vật. Vi khuẩn và vi khuẩn cổ là những sinh vật đơn bào không có cấu trúc màng bao bọc bên trong, giống như nhân để chứa vật liệu di truyền của chúng. Sinh vật nhân thực đơn bào có nhân và có thể có các cấu trúc màng bao bọc khác.

Một số nhà khoa học coi virus là vi sinh vật được tạo thành từ vật liệu di truyền được bao bọc trong một lớp vỏ protein. Chúng không thể tự sao chép và chiếm quyền điều khiển bộ máy của các tế bào khác để tạo bản sao của chính chúng. Vì chúng không có nhiều đặc điểm của tế bào sống nên về mặt kỹ thuật, chúng không còn sống.

Bằng chứng về sự sống sơ khai trên Trái đất

Hóa thạch có thể cung cấp cho các nhà khoa học manh mối về thời điểm sự sống bắt đầu, nhưng chúng lưu giữ lại tốt nhất từ những thứ cứng như xương và răng. Vi sinh vật được làm bằng vật liệu mềm và không hóa thạch tốt. Tuy nhiên, một số sống cùng nhau trong các nhóm tế bào rất lớn có thể tích lũy khoáng chất và để lại những hóa thạch khá lớn.

Ví dụ, vi khuẩn lam hình thành các cấu trúc lớn gọi là stromatolites trong các đại dương của Trái đất sơ khai. Các nhà khoa học đã tìm thấy hóa thạch stromatolite có niên đại 3,48 tỷ năm trước.

Các nhà khoa học khác đã tìm thấy thứ mà họ tin là vi khuẩn cổ đã hóa thạch trong đá từ đáy biển nóng 3,4 tỷ năm tuổi. Trái đất có thể sinh sống được khoảng 4 tỷ năm trước, vì vậy vi khuẩn và vi khuẩn cổ phải xuất hiện từ 3.5 tỷ đến 4 tỷ năm trước.

Nhìn vào các phản ứng hóa học mà các tế bào thực hiện cũng có thể cung cấp manh mối. Các phản ứng tạo ra các phân tử sinh học và tạo ra năng lượng tạo nên cái gọi là quá trình trao đổi chất của tế bào. Các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy một số phản ứng trao đổi chất đã xảy ra ít nhất 4.1 tỷ năm trước. Những phản ứng này có thể đã tự xảy ra trước khi các tế bào tiến hóa, có lẽ trên bề mặt của đất sét hoặc khoáng chất.

Các lý thuyết về cách sự sống bắt đầu trên Trái đất

Các tế bào sao chép vật liệu di truyền của chúng, được tạo thành từ DNA và RNA, để truyền lại cho các thế hệ mới. Mặc dù DNA là dạng vật liệu di truyền mà hầu hết các sinh vật sống ngày nay sử dụng, nhưng một số nhà khoa học tin rằng RNA là phân tử lưu trữ thông tin đầu tiên trên Trái đất sơ khai vì nó có thể tạo bản sao của chính nó.

Do một số vi-rút hiện đại sử dụng RNA để lưu trữ thông tin di truyền nên một số nhà khoa học tin rằng vi-rút có thể đã tiến hóa từ các RNA tự sao chép. Khả năng này có nghĩa là virus có thể đã xuất hiện trước vi khuẩn. Nhưng vì virus không để lại hóa thạch nên không có bằng chứng nào chứng minh cho ý kiến này.

Tại một thời điểm nào đó, các phản ứng trao đổi chất và quá trình sao chép phải kết hợp với nhau bên trong màng để tạo ra dạng tế bào sơ khai: tiền tế bào. Có lẽ điều này xảy ra khi một cấu trúc giống vi-rút gây ra một tập hợp các phản ứng trao đổi chất được bao bọc trong màng. Sau đó, tiền tế bào có thể tự nhân đôi, dẫn đến sự tiến hóa của tế bào sống đầu tiên. Tế bào này sẽ giống như vi khuẩn hiện đại và vi khuẩn cổ.

Có thể các cấu trúc giống virus đã hình thành trước các tế bào. Tuy nhiên, những cấu trúc giống vi-rút đơn giản đó có thể chỉ là các đoạn DNA hoặc RNA, vậy chúng có thực sự được coi là “vi-rút” không?

Một giả thuyết phổ biến khác cho rằng virus tiến hóa từ vi khuẩn thoái hóa hoặc vi khuẩn cổ đã mất hầu hết các hướng dẫn di truyền để thực hiện quá trình trao đổi chất và hình thành tế bào. Có rất nhiều ví dụ về sự thoái hóa nhỏ hơn tương tự đã xảy ra trong thế giới vi khuẩn ngày nay.

Khám phá cuộc sống sơ khai

Bề mặt Trái đất ngày nay rất khác so với 4 tỷ năm trước. Một số người đã suy đoán rằng sâu bên dưới bề mặt Trái đất, nơi quá nóng đối với cuộc sống hiện đại, những điều kiện ban đầu này có thể vẫn tồn tại, cho phép một số dạng nguyên sinh vật tiếp tục tồn tại ở nơi chúng được bảo vệ khỏi bị các vi khuẩn khác tiêu thụ.

Khi con người có thể khám phá các hành tinh hoặc mặt trăng khác, có lẽ chúng ta sẽ tìm thấy các quá trình tương tự như các quá trình đã diễn ra trên Trái đất sơ khai. Kiểu khám phá này có thể giúp chúng ta giải câu đố về nguồn gốc của sự sống ở đây.

Nguồn: The Conversation.