Sét nguyên thủy đã góp phần tạo ra sự sống trên Trái đất?

Theo một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature Communications, hàng nghìn tỷ tia sét trong một tỷ năm lịch sử sơ khai của Trái đất có thể đã giúp mở khóa các hợp chất phốt pho quan trọng mở đường cho sự sống trên Trái đất.

"Trong nghiên cứu lần đầu tiên chúng tôi chỉ ra rằng sét đánh có khả năng là một nguồn phản ứng phốt pho đáng kể trên Trái đất vào khoảng thời gian mà sự sống hình thành trong khoảng thời gian 3,5 tỷ đến 4,5 tỷ năm trước. Những tia sét nguyên thủy có thể đã góp phần không nhỏ trong việc cung cấp phốt pho cho sự xuất hiện của sự sống trên Trái đất", tác giả chính của nghiên cứu Benjamin Hess, một nghiên cứu sinh tại Khoa Khoa học Trái đất và Hành tinh của Đại học Yale, cho biết.

Làm thế nào để một tia sáng dẫn đến cuộc sống trên cạn? Đó là tất cả về phốt pho - hay đúng hơn là các vật liệu hữu cơ mà các nguyên tử phốt pho có thể tạo ra khi kết hợp với các nguyên tố sinh học thiết yếu khác.

Lấy ví dụ như phốt phát giúp tạo thành xương sống của DNA, RNA, ATP (nguồn năng lượng chính cho tế bào), là thành phần chính của xương, răng và màng tế bào.

Nhưng khoảng 4 tỷ năm trước, trong khi có thể có nhiều nước và carbon dioxide trong khí quyển, những thứ cũng rất cần thiết cho các phân tử cơ bản của sự sống, hầu hết phốt pho tự nhiên của hành tinh này bị kết dính trong đá không hòa tan và không thể kết hợp với nhau thành phốt phát hữu cơ. Vậy làm thế nào mà Trái đất có được những hợp chất quan trọng này?

Một giả thuyết cho rằng Trái đất sơ khai nhận được phốt pho từ các thiên thạch mang theo một khoáng chất gọi là schreibersite, được tạo ra một phần từ phốt pho và có thể hòa tan trong nước.

Theo nghiên cứu mới, nếu vô số thiên thạch mang theo schreibersite đâm vào Trái đất trong hàng triệu hoặc hàng tỷ năm, thì lượng phốt pho đủ có thể được giải phóng vào một khu vực tập trung để tạo điều kiện thích hợp cho sự sống sinh vật.

Tuy nhiên, khoảng 3,5 tỷ đến 4,5 tỷ năm trước, khi sự sống trên Trái đất xuất hiện, tỷ lệ sao băng tấn công Trái đất đã giảm "theo cấp số nhân" vì hầu hết các hành tinh và Mặt trăng trong Hệ Mặt trời của chúng ta hầu hết đã thành hình. Thực tế này làm phức tạp thêm lý thuyết phốt pho giữa các vì sao.

Có một cách khác để tạo ra schreibersite, ngay trên Trái đất. Tất cả những gì nó cần là một vùng đất, một đám mây và vài nghìn tỷ tia chớp.

Sét đánh có thể làm nóng bề mặt lên tới gần 5.000 độ F (2.760 độ C), tạo ra các khoáng chất mới chưa từng có trước đây. Trong nghiên cứu mới, Hess và các đồng nghiệp của mình đã kiểm tra một khối đá bị sét đánh, được gọi là fulgurite, trước đây được khai quật từ một địa điểm ở Illinois. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng những schreibersite đã hình thành trong đá, cùng với một loạt các kính khoáng khác.

Với bằng chứng dự kiến cho thấy rằng sét đánh có thể tạo ra schreibersite giàu phốt pho, nhóm nghiên cứu tiếp theo phải tính toán xem liệu có đủ số lượng sét có thể tấn công Trái đất thời kỳ đầu để giải phóng một lượng đáng kể nguyên tố vào môi trường hay không.

Sử dụng các mô hình về bầu khí quyển sơ khai của Trái đất, các nhà nghiên cứu có thể ước tính có bao nhiêu tia sét có thể xuất hiện mỗi năm.

Có khoảng 560 triệu tia chớp lóe lên trên hành tinh của chúng ta mỗi năm. 4 tỷ năm trước, khi bầu khí quyển của Trái đất giàu khí nhà kính CO hơn đáng kể, nhóm nghiên cứu tính toán rằng có thể có từ 1 tỷ đến 5 tỷ tia sáng lóe lên mỗi năm.

Trong hơn một tỷ năm, có tới một nghìn tỷ tia sét có thể đã đánh vào hành tinh còn non trẻ của chúng ta. Mỗi tia sét phóng ra một chút phốt pho có thể sử dụng được. Nhóm nghiên cứu tính toán rằng, từ 4,5 tỷ đến 3,5 tỷ năm trước, chỉ riêng các tia sét đã có thể cung cấp cho Trái đất từ 110 đến 11.000 kg mỗi năm.

Đó là một phạm vi rộng lớn, với rất nhiều điều không chắc chắn về các điều kiện của Trái đất sơ khai được xây dựng trong nó. Nhưng Hess nói rằng, ngay cả lượng phốt pho thấp nhất cũng có thể tạo ra sự khác biệt cho sự xuất hiện của sự sống.

"Để sự sống hình thành, chỉ cần có một địa điểm có các thành phần phù hợp. "Nếu phốt pho mỗi năm tập trung trong một vòng cung đảo nhiệt đới duy nhất, thì có lẽ là đủ. Nhưng nhiều khả năng điều đó sẽ xảy ra nếu có nhiều địa điểm như vậy", Hess nhấn mạnh.

Liệu các tia sét có tấn công đủ vùng đất tiếp xúc trên Trái đất sơ khai để tạo ra tác động đến sự sống hay không là một câu hỏi không bao giờ có thể trả lời đầy đủ. Tuy nhiên, nghiên cứu mới cho thấy rằng, về mặt toán học ít nhất là có thể.

Các nhà nghiên cứu kết luận rằng có thể sự kết hợp giữa các tác động của tiểu hành tinh và các tia sét đã mang lại cho Trái đất lượng phốt pho cần thiết để tạo ra các phân tử thiết yếu sinh học đầu tiên, chẳng hạn như DNA và RNA.