“Xuất hiện đường đầu tiên như thế nào? Một câu hỏi quan trọng không kém gốc tổ của sự sống”

Đường là một thành phần thiết yếu của cuộc sống như chúng ta biết, được tìm thấy trong mọi thứ, từ những loại trái cây ngọt nhất đến xương sống DNA của chúng ta. Nhưng làm thế nào mà những phân tử quan trọng này phát sinh ngay từ đầu?

Một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Hoá học bởi hai nhà hóa học nổi tiếng về nguồn gốc sự sống từ Viện nghiên cứu Scripps và Viện Công nghệ Georgia đề xuất một giả thuyết thay thế về cách các loại đường đầu tiên, cần thiết cho sự sống tiến hóa, có thể bắt nguồn từ Trái đất sơ khai.

Hóa học là nguồn gốc của sự sống

Trong nhiều thập kỷ, lý thuyết phổ biến là các loại đường đầu tiên phát sinh từ một phản ứng liên quan đến formaldehyde. Tuy nhiên, lý thuyết này có nhược điểm của nó, vì phản ứng được đề xuất là lộn xộn và có tác dụng phụ không kiểm soát được.

Giờ đây, các nhà hóa học đằng sau nghiên cứu mới cho rằng glyoxylate, một hóa chất tương đối đơn giản tồn tại trên Trái đất trước khi sự sống tiến hóa, có thể đóng vai trò chính trong sự xuất hiện của các loại đường cần thiết cho các dạng sống ban đầu.

Một giải pháp thay thế được đề xuất là kịch bản “phản ứng glyoxylose” trong đó glyoxylate phản ứng với chính nó, tạo thành một chất họ hàng gần với formaldehyde được gọi là glycolaldehyde. Từ đó, các nhà nghiên cứu cho rằng glyoxylate, glycolaldehyde và các hợp chất đơn giản khác có thể tiếp tục phản ứng với nhau. Cuối cùng, phản ứng này có thể tạo ra các loại đường đơn giản và các sản phẩm khác—không có nhược điểm của các phản ứng dựa trên formaldehyde.

Ramanarayanan Krishnamurthy, giáo sư tại Khoa Hóa học tại Scripps Research cho biết: “Chúng tôi cho thấy rằng giả thuyết mới của chúng tôi có lợi thế lớn so với quan điểm truyền thống hơn rằng đường ban đầu phát sinh từ hóa chất formaldehyde”.

Các nhà hóa học về nguồn gốc sự sống tìm cách giải thích làm thế nào các khối xây dựng phân tử cơ bản và các phản ứng cần thiết cho sự sống có thể phát sinh từ các hóa chất đơn giản có thể có trên Trái đất “tiền sinh học”. Mục tiêu bao trùm của lĩnh vực này là trả lời các câu hỏi cơ bản về cách hành tinh sống của chúng ta hình thành.

Nhưng những phát hiện của ông cũng có thể cung cấp thông tin—và đã cung cấp thông tin—nhiều lĩnh vực khác, từ khoa học khí quyển và địa chất đến sinh học tổng hợp và tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác.

Súp nguyên thủy mới

Giả thuyết được đề xuất bổ sung vào một nhóm nghiên cứu đang phát triển nhằm mở rộng hiểu biết của chúng ta về cách sự sống có thể xuất hiện từ món súp nguyên thủy của Trái đất sơ khai.

Ba loại phân tử sinh học chính mà tính khả dụng của chúng phải được giải thích bằng hóa học nguồn gốc sự sống là: axit amin tạo nên protein, nucleobase tạo nên “chữ cái” của DNA và RNA, và đường (còn gọi là carbohydrate) là được tìm thấy trong toàn bộ sinh học, kể cả trong cấu trúc xương sống DNA và RNA xoắn.

Theo lý thuyết phổ biến, axit amin có thể phát sinh từ amoniac, trong khi nucleobase phát sinh từ hydro xyanua.

Tuy nhiên, nguồn gốc của đường vẫn là một bí ẩn được nhiều nhà khoa học tiếp tục đi tìm câu trả lời. Giả thuyết được đề xuất đưa ra một giải pháp tiềm năng và có thể dẫn đến những khám phá xa hơn về Trái đất sơ khai và nguồn gốc của sự sống.

Các nhà hóa học đằng sau nghiên cứu đang làm việc để chứng minh trong phòng thí nghiệm rằng kịch bản phản ứng glyoxylose thực sự có thể tạo ra loại đường đầu tiên. Họ cũng đang nghiên cứu các ứng dụng tiềm năng của các phản ứng thương mại tạo ra glyoxylate, có thể được sử dụng để giảm nồng độ CO2, cục bộ trong môi trường công nghiệp hoặc toàn cầu để chống lại sự nóng lên toàn cầu.