Một nghiên cứu mới đây được công bố trên tạp chí Nature Communications đã mang đến một phát hiện đầy kinh ngạc về một cấu trúc nano đặc biệt nằm sâu trong rãnh Mariana, nơi sâu nhất trên Trái Đất. Phát hiện này không chỉ mở ra một hướng nghiên cứu mới về quá trình tiến hóa của Trái Đất mà còn có thể giúp giải thích nguồn gốc sự sống trên hành tinh của chúng ta. Đặc biệt, sự tồn tại của những cấu trúc này có thể là một manh mối quan trọng, củng cố giả thuyết rằng sự sống có thể đã khởi nguồn từ các lỗ thông hơi thủy nhiệt biển sâu.
Rãnh Mariana nằm gần quần đảo Mariana ở Thái Bình Dương, và điểm sâu nhất của nó là khoảng 11 km, khiến nó trở thành nơi sâu nhất được biết đến trong các đại dương của Trái Đất.
Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà khoa học đã đưa ra nhiều giả thuyết về nguồn gốc sự sống trên Trái Đất. Một trong những giả thuyết phổ biến nhất cho rằng sự sống có thể đã bắt đầu từ các lỗ thông hơi thủy nhiệt dưới đáy đại dương. Các lỗ thông hơi này liên tục giải phóng nhiều loại hóa chất, tạo ra môi trường giàu năng lượng và nguyên liệu hóa học. Theo giả thuyết này, trong môi trường khắc nghiệt nhưng giàu dinh dưỡng ấy, các phản ứng hóa học phức tạp có thể diễn ra, từ đó hình thành nên các phân tử hữu cơ cơ bản, tiến hóa dần dần thành các tế bào sống đầu tiên có khả năng tự sao chép.
Trong nghiên cứu lần này, nhóm khoa học đã lấy một mẫu trầm tích có độ dài khoảng 84 cm từ một lỗ thông hơi thủy nhiệt ở độ sâu 6.000 mét trong rãnh Mariana. Khi tiến hành phân tích vi mô, họ bất ngờ phát hiện ra một cấu trúc nano có tính chất vô cùng đặc biệt. Cấu trúc này được tạo thành từ magiê hydroxit (Mg(OH)₂) với một dạng tinh thể nano có sự sắp xếp rất trật tự. Điểm đặc biệt nhất của cấu trúc này là nó có thể tạo ra các kênh ion chọn lọc, cho phép một số ion nhất định đi qua trong khi chặn những ion khác. Thậm chí, trong những điều kiện đặc biệt, cấu trúc này có thể tự động tạo ra dòng điện yếu, giống như các “bơm ion” và “kênh ion” thường thấy trong tế bào sinh học.
Các lỗ thông hơi thủy nhiệt biển sâu thường nằm ở điểm tiếp giáp của các mảng đáy Trái Đất, nước biển đi vào lớp vỏ sâu qua các vết nứt giữa các mảng, và sau khi tiếp xúc với magma nhiệt độ cao, một phần nước biển nóng sẽ dâng lên trên dưới dạng chất lỏng thủy nhiệt nhiệt độ cao và áp suất cao, sau đó phun ra từ các khu vực yếu của lớp vỏ đáy biển để tạo thành các lỗ thông hơi thủy nhiệt
Trong sinh học, các “bơm ion” và “kênh ion” đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với hoạt động của tế bào. Chúng giúp điều hòa sự di chuyển của các ion qua màng tế bào, từ đó duy trì điện thế màng, một yếu tố cần thiết cho nhiều quá trình sinh lý như dẫn truyền thần kinh và co cơ. Ví dụ điển hình là “bơm natri-kali” (Na⁺/K⁺ pump), một cơ chế giúp tế bào thần kinh và tế bào cơ duy trì sự chênh lệch điện thế bằng cách chủ động vận chuyển ion natri (Na⁺) ra khỏi tế bào và ion kali (K⁺) vào trong. Điều này tạo ra một điện thế nghỉ, giúp tế bào sẵn sàng cho các hoạt động tiếp theo. Khi có kích thích, các “kênh ion natri” mở ra, cho phép Na⁺ tràn vào trong tế bào, tạo ra điện thế hoạt động và truyền tín hiệu điện dọc theo dây thần kinh.
Những kênh ion sinh học này có vai trò không thể thiếu trong hoạt động của sự sống, nhưng điểm đáng chú ý là cấu trúc nano trong rãnh Mariana cũng có những đặc tính tương tự, dù nó hoàn toàn được tạo ra từ các quá trình phi sinh học. Điều này đặt ra một giả thuyết thú vị: trước khi sự sống xuất hiện, liệu các lỗ thông hơi thủy nhiệt cổ đại có thể đã hình thành những cấu trúc tương tự, cung cấp cơ chế chuyển đổi năng lượng quan trọng giúp thúc đẩy quá trình hình thành sự sống hay không?
Các nhà khoa học cho rằng rất có thể, vào hàng tỷ năm trước, Trái Đất sơ khai đã có những môi trường tương tự như rãnh Mariana ngày nay. Khi các lỗ thông hơi thủy nhiệt giải phóng nhiều khoáng chất và hóa chất ra đại dương, một số hợp chất vô cơ có thể đã tự sắp xếp thành những cấu trúc nano đặc biệt, đóng vai trò như những kênh ion nguyên thủy. Chính những kênh ion này có thể đã giúp điều hòa sự di chuyển của các ion và tạo ra sự chênh lệch điện thế – một điều kiện quan trọng để thúc đẩy các phản ứng hóa học, hình thành nên các hợp chất hữu cơ phức tạp và đặt nền móng cho sự ra đời của sự sống đầu tiên.
Khám phá này không chỉ giúp chúng ta hiểu thêm về lịch sử tiến hóa của Trái Đất mà còn mở ra một hướng nghiên cứu mới về khả năng tồn tại sự sống ngoài hành tinh. Trong Hệ Mặt Trời, các thiên thể như Europa (một trong những mặt trăng của Sao Mộc) và Titan (mặt trăng lớn nhất của Sao Thổ) được cho là có đại dương nước lỏng ẩn dưới lớp băng dày. Nếu những đại dương này cũng có các lỗ thông hơi thủy nhiệt tương tự Trái Đất, rất có thể chúng cũng chứa những cấu trúc nano kỳ diệu này. Và nếu sự sống trên Trái Đất thực sự đã khởi nguồn từ môi trường này, thì liệu những thế giới đại dương ngoài kia có đang che giấu sự sống theo cách tương tự hay không?
