Đi tìm sự sống ngoài vũ trụ bằng ngưỡng 15 trong trò chơi xếp hình

Các nhà sinh vật học thường định nghĩa sinh vật là một thực thể sinh sản, phản ứng với môi trường, chuyển hóa chất, tiêu thụ năng lượng và phát triển. Theo mô hình này, sinh vật hay gọi văn hoa hơn là "sự sống" là một trạng thái nhị phân; một cái gì đó hoặc là sống hoặc không.

Định nghĩa này hoạt động khá tốt trên hành tinh chúng ta: Trái đất, chỉ với vi rút là một ngoại lệ đáng chú ý. Nhưng nếu sự sống có ở nơi khác trong vũ trụ, nó có thể không được tạo ra từ những thứ giống như ở môi trường chúng ta. Nó có thể không có hình thái, di chuyển hoặc giao tiếp như chúng ta. Vậy làm thế nào ta sẽ xác định nó là sinh vật?

Nhà sinh vật học vũ trụ Sara Walker của Đại học bang Arizona và nhà hóa học Lee Cronin của Đại học Glasgow nghĩ rằng họ đã tìm ra cách thức.

Họ lập luận rằng một sự kiện đơn lẻ không thể tạo ra các phân tử cực kỳ phức tạp được tìm thấy trong tất cả các sinh vật trên Trái đất một cách nhất quán.

Để tạo ra hàng tỉ bản sao của các vật thể phức tạp như protein, bàn tay con người hoặc iPhone, vũ trụ cần một "bộ nhớ" cũng như một cách tạo và tái tạo thông tin phức tạp - một quá trình nghe rất giống hình thành sự sống.

Walker nêu quan điểm: “Một electron có thể được tạo ra ở bất cứ đâu trong vũ trụ và không có lịch sử. Bạn cũng chỉ là một đối tượng cơ bản, nhưng phụ thuộc rất nhiều vào lịch sử. Bạn có thể giới thiệu tuổi của mình tính từ khi bạn sinh ra, nhưng các bộ phận cấu tạo nên bạn (cấp độ nguyên tử) thì đã có từ hàng tỉ năm trước. Từ quan điểm này, chúng ta nên nghĩ về bản thân mình như những dòng truyền bá thông tin tạm thời được tổng hợp trong một cá nhân".

"Lý thuyết lắp ráp" của Walker và Cronin dự đoán rằng các phân tử được tạo ra bởi các quá trình sinh học phải phức tạp hơn các phân tử được tạo ra bởi các quá trình phi sinh học.

Để kiểm tra dự đoán này, nhóm của họ đã phân tích một loạt các hợp chất hữu cơ và vô cơ từ khắp nơi trên thế giới và ngoài vũ trụ, gồm vi khuẩn E.coli, nấm men, nước tiểu, nước biển, thiên thạch, thuốc, bia ủ tại nhà và cả rượu whisky Scotland.

Họ "đập vỡ" các hợp chất thành từng mảnh và sử dụng phép đo khối phổ để xác định các khối xây dựng phân tử của chúng.

Họ đã tính toán số bước nhỏ nhất cần thiết để lắp ráp lại từng hợp chất từ các mảnh này - điều mà họ gọi là "chỉ số lắp ráp phân tử". Kết quả: các hợp chất có 15 bước lắp ráp trở lên đều đến từ các hệ thống hữu cơ hoặc quy trình công nghệ.

Walker và Cronin giải thích: “Đó có thể là một tế bào được cấu thành từ các phân tử có giá trị lắp ráp cao như protein hoặc thậm chí các phân tử có giá trị lắp ráp cao hơn do các nhà hóa dược sản xuất, chẳng hạn như thuốc chống ung thư Taxol. Cũng có một số hợp chất từ các hệ thống hữu cơ có ít hơn 15 bước lắp ráp, nhưng không có hợp chất vô cơ nào vượt quá ngưỡng này.

Trong một bài báo trên tạp chí Nature Communications năm 2021, Walker, Cronin và những người khác đã kết luận: “Hệ thống của chúng tôi… cho phép tìm kiếm trong vũ trụ một cách bất khả tri để tìm bằng chứng về hoạt động của sự sống thay vì cố gắng xác định sự sống là gì”.

Cái ưu việt của chỉ số lắp ráp là khi cần xác định sinh vật ngoài hành tinh, nó không yêu cầu phải phân tích các vật liệu hữu cơ dựa trên carbon giống như các sinh vật sống trên Trái đất.

Chỉ số lắp ráp cũng không quan tâm đến việc liệu sự sống ngoài hành tinh mới bắt đầu xuất hiện hay đã chuyển sang giai đoạn công nghệ vượt quá tầm hiểu biết của chúng ta. Tất cả các trạng thái này tạo ra các phân tử phức tạp không thể xảy ra nếu không có tác động từ sinh vật.

Nhóm của Walker và Cronin hiện đang áp dụng ý tưởng về chỉ số lắp ráp là 15 cho các nhiệm vụ của NASA trong tương lai. Vào giữa thập niên 2030, tàu thăm dò Dragonfly của NASA sẽ bay qua bầu khí quyển dày đặc khí ni tơ và mê tan của Titan (mặt trăng của sao Thổ), di chuyển từ địa điểm này sang địa điểm khác.

Mặt trăng Titan là nơi duy nhất trong hệ Mặt trời, ngoài Trái đất, tồn tại chất lỏng ở dạng tĩnh. Các quan sát cho thấy Titan có các hồ hydrocacbon lỏng trên bề mặt và được cho là chứa nước lỏng dưới lòng đất.

Theo kế hoạch, robot sẽ khoan vào bề mặt băng trên Titan tại mỗi địa điểm hạ cánh và lấy ra một mẫu có kích thước nhỏ hơn 1 gam. Mẫu này sẽ được chiếu bằng một tia laser tích hợp, tia này sẽ phá vỡ cấu trúc các phân tử lớn để có thể phân tích thành phần hóa học của đá.

Walker nói: “Đó là một ví dụ điển hình về lợi thế của việc áp dụng cách tiếp cận tổng quát hơn đối với sự sống vì Titan rất khác so với Trái đất.

Chúng ta không mong đợi bất cứ thứ gì như sự sống đã tiến hóa trên Trái đất hoặc sống trong môi trường này, vì vậy nếu muốn tìm hiểu xem sự sống có trên Titan hay không, chúng ta cần một kỹ thuật bất khả tri.

Nhóm của tôi hiện đang làm việc để xác định cách chúng ta có thể phát hiện các phân tử có khả năng lắp ráp cao. Nhóm của tôi đang làm việc với NASA để đảm bảo rằng thiết bị khối phổ mà họ sở hữu có độ phân giải đủ mạnh để phát hiện các phân tử có khả năng lắp ráp cao".

Anh Tú