Núi lửa có giúp châm ngòi cho cuộc sống sơ khai không?
Khi cuộc sống xuất hiện, nó đã làm rất nhanh. Hóa thạch cho thấy vi khuẩn đã có mặt cách đây 3,7 tỷ năm, chỉ vài trăm triệu năm sau khi hành tinh 4,5 tỷ năm tuổi đã nguội đi đủ để hỗ trợ hóa sinh, và nhiều nhà nghiên cứu nghĩ rằng vật liệu di truyền cho những sinh vật đầu tiên này là RNA. Mặc dù không phức tạp như DNA, RNA vẫn sẽ khó rèn thành các sợi dài cần thiết để truyền đạt thông tin di truyền, đặt ra câu hỏi làm thế nào nó có thể hình thành một cách tự nhiên.
Bây giờ, các nhà nghiên cứu có thể có câu trả lời. Trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm, họ cho thấy cách các loại đá được gọi là kính bazan giúp các chữ cái RNA riêng lẻ, được gọi là nucleoside triphosphates, liên kết thành các sợi dài tới 200 chữ cái. Những chiếc kính sẽ có nhiều trong lửa và đá của Trái đất sơ khai; chúng được tạo ra khi dung nham được dập tắt trong không khí hoặc nước hoặc khi đá tan chảy được tạo ra trong các cuộc tấn công của tiểu hành tinh nguội đi nhanh chóng.
Kết quả đã phân chia các nhà nghiên cứu nguồn gốc sự sống hàng đầu. "Đây dường như là một câu chuyện tuyệt vời cuối cùng giải thích cách các triphosphate nucleoside phản ứng với nhau để tạo ra các sợi RNA", Thomas Carell, một nhà hóa học tại Đại học Ludwig Maximilian Munich cho biết. Nhưng Jack Szostak, một chuyên gia RNA tại Đại học Harvard, nói rằng ông sẽ không tin vào kết quả cho đến khi nhóm nghiên cứu mô tả tốt hơn các sợi RNA.
Các nhà nghiên cứu nguồn gốc của sự sống rất thích một "thế giới RNA" nguyên thủy bởi vì phân tử này có thể thực hiện hai quá trình riêng biệt quan trọng đối với sự sống. Giống như DNA, nó được tạo thành từ bốn chữ cái hóa học có thể mang thông tin di truyền. Và giống như protein, RNA cũng có thể xúc tác các phản ứng hóa học cần thiết cho sự sống.
Nhưng RNA cũng mang lại đau đầu. Không ai tìm thấy một tập hợp các điều kiện prebiotic hợp lý có thể gây ra hàng trăm chữ cái RNA - mỗi phân tử phức tạp - liên kết thành các sợi đủ lâu để hỗ trợ hóa học phức tạp cần thiết để đốt cháy sự tiến hóa.
Stephen Mojzsis, một nhà địa chất học tại Trung tâm Nghiên cứu Thiên văn học và Khoa học Trái đất của Viện Hàn lâm Khoa học Hungary, tự hỏi liệu kính bazan có đóng một vai trò hay không. Chúng rất giàu kim loại như magiê và sắt thúc đẩy nhiều phản ứng hóa học. Và, ông nói, "Thủy tinh bazan có ở khắp mọi nơi trên Trái đất vào thời điểm đó."
Ông đã gửi các mẫu của năm kính bazan khác nhau đến Quỹ tiến hóa phân tử ứng dụng. Ở đó, Elisa Biondi, một nhà sinh học phân tử, và các đồng nghiệp của cô đã nghiền từng mẫu thành một loại bột mịn, khử trùng nó và trộn nó với dung dịch triphosphate nucleoside. Nếu không có bột thủy tinh, các chữ cái RNA không liên kết được. Nhưng khi trộn với bột thủy tinh, các phân tử nối thành các sợi dài, dài hàng trăm chữ cái, các nhà nghiên cứu báo cáo trong tuần này trong Astrobiology. Không cần nhiệt hay ánh sáng. "Tất cả những gì chúng tôi phải làm là chờ đợi", Biondi nói. Các sợi RNA nhỏ hình thành chỉ sau một ngày, nhưng các sợi vẫn tiếp tục phát triển trong nhiều tháng. "Vẻ đẹp của mô hình này là sự đơn giản của nó", Jan Špaček, một nhà sinh học phân tử tại Firebird Biomolecular Sciences cho biết. "Trộn các thành phần, chờ vài ngày và phát hiện RNA."
Tuy nhiên, kết quả vẫn đặt ra nhiều câu hỏi. Một là làm thế nào các triphosphate nucleoside có thể đã phát sinh ngay từ đầu. Đồng nghiệp của Biondi, Steven Benner, cho biết nghiên cứu gần đây cho thấy làm thế nào cùng một kính bazan có thể thúc đẩy sự hình thành và ổn định của các chữ cái RNA riêng lẻ.
Một vấn đề lớn hơn, Szostak nói, là hình dạng của các sợi RNA dài. Trong các tế bào hiện đại, các enzyme đảm bảo hầu hết các RNA phát triển thành các chuỗi tuyến tính dài. Nhưng các chữ cái RNA cũng có thể liên kết trong các mẫu phân nhánh phức tạp. Szostak muốn các nhà nghiên cứu báo cáo loại RNA mà kính bazan tạo ra. "Tôi thấy rất bực bội khi các tác giả đã đưa ra một phát hiện ban đầu thú vị nhưng sau đó quyết định đi theo sự cường điệu hơn là khoa học", Szostak nói.
Biondi thừa nhận thí nghiệm của nhóm của cô gần như chắc chắn tạo ra một lượng nhỏ phân nhánh RNA. Tuy nhiên, bà lưu ý rằng một số RNA phân nhánh tồn tại trong các sinh vật ngày nay và các cấu trúc liên quan có thể đã có mặt vào buổi bình minh của sự sống. Bà cũng cho biết các xét nghiệm khác mà nhóm thực hiện xác nhận sự hiện diện của các sợi dài với các kết nối rất có thể có nghĩa là chúng là tuyến tính. "Đó là một cuộc tranh luận lành mạnh", Dieter Braun, một nhà hóa học nguồn gốc của sự sống tại Ludwig Maximilian nói. "Nó sẽ kích hoạt vòng thí nghiệm tiếp theo."
