Trong nhiều thập kỷ, hành trình tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất chủ yếu xoay quanh một câu hỏi quen thuộc: liệu trên các hành tinh xa xôi có tồn tại những phân tử giống sự sống trên Trái Đất hay không?
Tuy nhiên, một nghiên cứu mới vừa công bố cho thấy điều quan trọng nhất có thể không nằm ở bản thân các phân tử, mà ở cách chúng được sắp xếp theo những mô hình vô hình.
Nghiên cứu đăng trên tạp chí khoa học Nature Astronomy cho thấy các hệ sinh học tạo ra những mô hình thống kê đặc trưng trong các phân tử hữu cơ, khác biệt đáng kể so với các phản ứng hóa học vô tri trong tự nhiên.
Phát hiện này có thể mở ra một phương pháp hoàn toàn mới để phát hiện sự sống ngoài hành tinh.
Fabian Klenner, Phó Giáo sư khoa học hành tinh tại Đại học California Riverside và đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi chứng minh rằng sự sống không chỉ tạo ra các phân tử. Nó còn tạo ra một nguyên tắc tổ chức mà chúng ta có thể quan sát được thông qua thống kê”.
Những mô hình hóa học ẩn giấu liên quan đến sự sống
Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng các axit amin trong vật chất sinh học thường đa dạng hơn và được phân bố đồng đều hơn so với axit amin được tạo ra từ các quá trình phi sinh học, tức những phản ứng hóa học không liên quan đến sự sống.
Ngược lại, với axit béo, xu hướng lại đảo chiều. Các phản ứng hóa học vô sinh tạo ra sự phân bố đồng đều hơn so với những gì xuất hiện trong các hệ sống.
Theo các nhà khoa học, đây là lần đầu tiên một đặc điểm tổ chức rộng lớn của sự sống được nhận diện bằng phân tích thống kê thay vì phụ thuộc vào một loại thiết bị chuyên dụng duy nhất.
Điều này đặc biệt quan trọng vì phương pháp mới có thể áp dụng trực tiếp cho dữ liệu mà các sứ mệnh không gian hiện nay và trong tương lai đang thu thập.
Phát hiện xuất hiện đúng thời điểm ngành thám hiểm hành tinh bước vào giai đoạn phân tích hóa học ngày càng tinh vi.
Các sứ mệnh nghiên cứu sao Hỏa, Europa hay Enceladus đang liên tục thu thập dữ liệu về các hợp chất hữu cơ. Tuy nhiên, vấn đề lớn nhất vẫn là cách diễn giải những dữ liệu đó.
Nhiều phân tử liên quan đến sự sống trên Trái Đất, bao gồm axit amin và axit béo, thực tế cũng có thể hình thành tự nhiên mà không cần sinh vật sống.
Các nhà khoa học từng tìm thấy chúng trong thiên thạch, đồng thời cũng tạo ra được chúng trong phòng thí nghiệm khi mô phỏng điều kiện ngoài không gian. Vì thế, chỉ riêng việc phát hiện các phân tử hữu cơ là chưa đủ để khẳng định có sự sống.
Gideon Yoffe, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Viện Khoa học Weizmann ở Israel và là tác giả chính của nghiên cứu, nhận định: “Ngành sinh học vũ trụ về bản chất giống như khoa học điều tra pháp y. Chúng tôi cố gắng suy luận các quá trình từ những manh mối không hoàn chỉnh, thường dựa trên lượng dữ liệu rất hạn chế được thu thập từ các sứ mệnh cực kỳ đắt đỏ và hiếm hoi”.
Mượn thống kê sinh thái học để săn tìm người ngoài hành tinh
Để giải quyết bài toán này, nhóm nghiên cứu đã vay mượn một phương pháp thống kê vốn được sử dụng phổ biến trong sinh thái học.
Các nhà sinh thái thường đánh giá đa dạng sinh học dựa trên hai yếu tố: “độ phong phú”, tức số lượng loài tồn tại, và “độ đồng đều”, tức mức độ phân bố cân bằng của chúng.
Yoffe lần đầu tiếp cận phương pháp này khi nghiên cứu thống kê và khoa học dữ liệu trong thời gian làm luận án tiến sĩ. Khi đó, các chỉ số đa dạng được dùng để phát hiện những mô hình ẩn trong các bộ dữ liệu phức tạp, bao gồm cả nghiên cứu về các nền văn hóa cổ đại của loài người.
Giờ đây, các nhà khoa học áp dụng cùng logic thống kê đó vào hóa học ngoài Trái Đất.
Sử dụng khoảng 100 bộ dữ liệu đã được thu thập trước đây, nhóm nghiên cứu phân tích axit amin và axit béo từ nhiều nguồn khác nhau như vi sinh vật, đất, hóa thạch, thiên thạch, tiểu hành tinh và cả các mẫu tổng hợp trong phòng thí nghiệm.
Kết quả cho thấy các vật liệu sinh học liên tục thể hiện những mô hình tổ chức đặc biệt, đủ để phân biệt rõ với hóa học vô sinh.
Một trong những điều khiến nhóm nghiên cứu bất ngờ nhất là độ tin cậy của phương pháp này, dù cách tiếp cận tương đối đơn giản.
Các nhà khoa học nhiều lần phân biệt thành công mẫu sinh học và mẫu phi sinh học với độ chính xác cao.
Họ cũng phát hiện rằng vật liệu sinh học tạo thành một “dải liên tục”, từ những mẫu còn được bảo tồn tốt cho đến các mẫu đã bị phân hủy nghiêm trọng theo thời gian.
Klenner cho biết: “Điều đó thực sự gây ngạc nhiên. Phương pháp này không chỉ nhận ra ranh giới giữa sự sống và vật chất vô tri, mà còn phản ánh mức độ bảo tồn hay biến đổi của vật liệu”.
Ngay cả những mẫu đã xuống cấp mạnh qua hàng triệu năm vẫn giữ lại dấu vết của cấu trúc tổ chức sinh học này. Ví dụ, các mảnh vỏ trứng khủng long hóa thạch được đưa vào nghiên cứu vẫn cho thấy các tín hiệu thống kê liên quan đến hoạt động sinh học cổ đại.
Công cụ mới đầy hứa hẹn cho các sứ mệnh không gian tương lai
Dù vậy, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng sẽ không có một phương pháp đơn lẻ nào đủ sức chứng minh chắc chắn sự tồn tại của sinh vật ngoài hành tinh.
Klenner giải thích: “Bất kỳ tuyên bố nào trong tương lai về việc phát hiện sự sống đều cần nhiều bằng chứng độc lập khác nhau, được phân tích trong bối cảnh địa chất và hóa học cụ thể của môi trường hành tinh”.
Tuy nhiên, các nhà khoa học tin rằng khung phân tích thống kê mới này có thể trở thành công cụ cực kỳ giá trị cho các sứ mệnh săn tìm sự sống ngoài Trái Đất trong tương lai.
“Phương pháp của chúng tôi là thêm một cách để đánh giá liệu sự sống từng tồn tại ở đó hay không”, Klenner nói. “Nếu nhiều kỹ thuật khác nhau cùng chỉ về một hướng, khi đó bằng chứng sẽ trở nên vô cùng thuyết phục”.
Trong bối cảnh nhân loại đang chuẩn bị cho các sứ mệnh tham vọng tới sao Hỏa, Europa hay Enceladus, những thế giới được cho là có đại dương ngầm dưới lớp băng, phát hiện mới này có thể giúp các nhà khoa học đọc được những “dấu vân tay hóa học” mà sự sống để lại, ngay cả khi bản thân sinh vật đó đã biến mất từ rất lâu trong vũ trụ rộng lớn.
(Theo SciTechDaily, Space, LiveScience)
