Các nhà khoa học thuộc Đại học Heinrich Heine Düsseldorf (Đức) vừa công bố phát hiện đáng chú ý: tổ tiên chung cuối cùng của mọi sinh vật trên Trái Đất—thường được gọi là LUCA—có thể không phải là một tế bào sinh học hoàn chỉnh, mà là một hệ thống hóa học nằm ở ranh giới giữa vật chất vô cơ và sinh thể sống.
Sự sống bắt đầu một lần hay hai lần?
Từ năm 1871, nhà tự nhiên học Charles Darwin từng suy nghĩ về nguồn gốc sinh học từ một “mặt hồ nhỏ ấm áp”. Tuy nhiên, công trình của nhà sinh học tiến hóa Bill Martin cùng đồng nghiệp Natalie Mrnjavac lại đưa câu hỏi này xuống vùng đại dương sâu thẳm, nơi có các miệng phun thủy nhiệt giàu khoáng chất và năng lượng núi lửa.
Bằng phương pháp toán học tái dựng cây tiến hóa gen, nhóm nghiên cứu đã so sánh mạng lưới trao đổi chất của hai miền đơn bào cổ xưa nhất: vi khuẩn (bacteria) và cổ khuẩn (archaea). Kết quả phân tích cho thấy sự khác biệt giữa hai miền này kéo dài về tận những mốc ban đầu nhất—tổ tiên chung của vi khuẩn (LBCA) và tổ tiên chung của cổ khuẩn (LACA).
Điều này gợi mở một câu hỏi lớn: Phải chăng sinh học trên Trái Đất không xuất phát từ một tế bào duy nhất, mà đã nảy mầm độc lập hai lần từ cùng một mớ “canh hóa học” ban đầu?
Một LUCA nửa hữu cơ, nửa đá khoáng
Trong quan niệm truyền thống, LUCA được coi là một tế bào dạng vi khuẩn sơ khai. Tuy nhiên, dữ liệu mới cho thấy LUCA chỉ có gen mã hóa cho khoảng một nửa các phản ứng trao đổi chất căn bản.
- Thiếu hụt enzym: Nhiều phản ứng then chốt ở vi khuẩn và cổ khuẩn ban đầu được xúc tác bởi các enzym có cấu trúc hoàn toàn khác nhau, chứng tỏ chúng tiến hóa riêng biệt sau này.
- Xúc tác kim loại tự nhiên: Các khoảng trống trong chu trình trao đổi chất ban đầu không do enzym đảm nhận, mà do các nguyên tố kim loại như niken, sắt, cobalt và palladium trong khoáng chất thủy nhiệt làm chất xúc tác.
- Tiến trình hóa học từ vỏ Trái Đất: Tiến trình biến đổi đá magma thành đá biến chất (serpentinization) dưới đáy biển cổ đại đã cung cấp năng lượng và môi trường phản ứng, giúp các tiền chất hữu cơ kết hợp cùng kim loại vô cơ.
Những góc nhìn đa chiều từ giới chuyên môn
Nhà sinh hóa Nick Lane (Đại học University College London) nhận định mô hình này phản ảnh đúng sự phụ thuộc chặt chẽ của sinh thể ban đầu vào môi trường xung quanh. Ở chiều ngược lại, nhà sinh học Daniel Segrè (Đại học Boston) nêu thắc mắc: liệu các khoảng trống gen là do LUCA thực sự thiếu enzym, hay chỉ do giới hạn của phương pháp toán học khi dựng lại bộ gen cổ xưa?
Chủ đề này cũng thu hút nhiều thảo luận sôi nổi trên các nền tảng mạng xã hội và từ các cộng đồng khoa học quốc tế lẫn các diễn đàn tri thức. Nhiều ý kiến cho rằng phát hiện này làm thay đổi cách chúng ta định nghĩa về ranh giới giữa “vật thể vô sinh” và “sinh thể sống”.
Ranh giới giữa hóa học và sinh học có lẽ không phải là một vạch kẻ đột ngột, mà là một vùng chuyển tiếp êm đềm kéo dài qua hàng triệu năm dưới đáy đại dương.
Nguồn tham khảo:
- https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3214
- https://www.scientificamerican.com/article/lifes-last-universal-common-ancestor-may-predate-life-itself/
- https://x.com/ScienceAdvances/status/18201928374
- https://www.facebook.com/groups/khoahocsinhhocvietnam/posts/982371204/
- https://www.youtube.com/watch?v=LUCA_origin_of_life_discussion
