Trái Đất có thể có một sinh quyển tối?

Một số nhà khoa học cho rằng có thể có một dạng sống thứ hai, ẩn giấu và sống ngay dưới tầm mắt của chúng ta.

Một sinh quyển bóng tối

Năm 2009, một nhà nghiên cứu của NASA đã cô lập được một loại vi khuẩn đặc biệt từ Hồ Mono ở California. Hồ Mono có hàm lượng muối cao và giàu thạch tín, tạo nên một môi trường khó khăn cho sự sống, ngoại trừ một số loài tôm nước mặn khó tính, các loài chim di cư ăn chúng, và một số vi khuẩn sống ở môi trường cực đoan rất thú vị.

Nhà nghiên cứu tin rằng loại vi khuẩn này, được đặt tên là GFAJ-1, có khả năng thực hiện một điều kỳ diệu. Tất cả sự sống trên Trái Đất – và hệ quả là tất cả sự sống mà con người biết đến – đều sử dụng phốt pho trong DNA. Nhưng khi không có phốt pho, GFAJ-1 dường như có thể phát triển chỉ nhờ vào thạch tín. Sự tương đồng gần nhất có thể là việc các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra sự sống ngoài hành tinh ngay trên Trái Đất.

Đã có một làn sóng phấn khích và hoạt động sôi nổi trong cộng đồng khoa học, nhưng tiếc rằng niềm phấn khởi đó không kéo dài; các nghiên cứu tiếp theo không thể tái tạo lại thí nghiệm, và dường như GFAJ-1 chỉ đơn giản là có khả năng chịu đựng thạch tín đáng kinh ngạc và sống sót nhờ vào một lượng phốt pho vết đã nhiễm vào môi trường nuôi cấy.

Sự kiện này đặt ra một câu hỏi làm phiền lòng các nhà sinh học phân tử và sinh học vũ trụ học; tại sao sự sống lại là như vậy? Tại sao GFAJ-1 không thể sử dụng phân tử thạch tín thay cho phân tử phốt pho tiêu chuẩn? Có rất nhiều dạng sống giả thuyết không thể tồn tại trong điều kiện của Trái Đất, như sự sống dựa trên silicon thay vì dựa trên carbon của chúng ta, nhưng cũng có rất nhiều biến thể của sự sống dựa trên carbon có thể tồn tại tốt trên Trái Đất.

Những câu hỏi này dẫn đến một câu hỏi khác: Điều gì sẽ xảy ra nếu thực sự có các dạng sống vi sinh vật khác trên Trái Đất, tồn tại nhưng không được chú ý và song hành cùng với chúng ta? Kịch bản giả thuyết này được gọi là Sinh quyển tối.

Các đồng cư bí ẩn trên Trái Đất

Nếu Trái Đất không chỉ có một, mà là hai dạng sống khác biệt cơ bản, điều này sẽ làm tăng đáng kể khả năng tồn tại của sự sống ngoài hành tinh trong vũ trụ. Nếu có một Sinh quyển tối, thì có thể hiểu rằng khi một hành tinh tồn tại dưới các điều kiện phù hợp, sự sống không chỉ có cơ hội xuất hiện mà gần như chắc chắn sẽ xảy ra.

Tuy nhiên, ý tưởng này cũng có vẻ xa vời. Nếu một dạng sống thứ hai tồn tại song song với chúng ta, người ta sẽ mong rằng chúng ta đã phát hiện ra nó từ lâu. Trước lập luận này, những người ủng hộ cho rằng các kỹ thuật phát hiện sự sống của chúng ta dựa trên sự hiểu biết hiện tại của chính mình. Các dạng sống vi sinh vật giả thuyết, khác biệt có thể không bị phát hiện.

Cần lưu ý rằng phần lớn các nhà sinh học không ủng hộ ý tưởng về một Sinh quyển tối. Có rất ít bằng chứng để gợi ý rằng một Sinh quyển tối tồn tại, và việc chứng minh sự không tồn tại của một điều gì đó là vô cùng khó khăn, vì vậy chúng ta vẫn cho rằng chỉ có dạng sống của chúng ta mới tồn tại. Tuy nhiên, việc suy ngẫm về Sinh quyển tối là một bài tập hữu ích, giúp chúng ta có thể hiểu hơn về sự sống ngoài hành tinh. Chưa kể đến việc Sinh quyển tối có thể thực sự là có thật.

Sinh quyển tối trông như thế nào?

Tất cả sự sống đều dựa vào DNA, RNA và protein để hoạt động. DNA và RNA được tạo thành từ tổng cộng 5 bazơ nitơ, và protein được tạo thành từ 20 axit amin. Vấn đề là những bazơ nitơ và axit amin này có vẻ ngẫu nhiên – có rất nhiều bazơ nitơ khác và hàng trăm axit amin tự nhiên, phong phú. Các thiên thạch thậm chí còn rơi xuống Trái Đất với các axit amin và bazơ nitơ này, mà dường như là không cần thiết. Có thể các dạng sống khác có thể sử dụng các sự kết hợp khác nhau của những khối xây dựng này.

Một ứng cử viên khác cho Sinh quyển tối có thể là sự sống dựa trên RNA. Cả DNA và RNA đều mang thông tin di truyền, và sự sống trên Trái Đất sử dụng cả hai để hoạt động. Khác với DNA, RNA chỉ có một sợi, sử dụng bazơ nitơ uracil thay vì thymine và trực tiếp mã hóa cho axit amin.

Vì RNA có cấu trúc đơn giản hơn DNA, một số nhà khoa học cho rằng sự sống dựa chủ yếu trên RNA tiến hóa trước trên Trái Đất, thường được gọi là Thế giới RNA. Trong một Sinh quyển tối, dạng sống này có thể đã tồn tại, tách ra từ những gì cuối cùng sẽ trở thành sự sống dựa trên DNA.

Cũng có thể có những sinh vật với độ đối xứng chiral ngược với chúng ta. Có lẽ một trong những đặc điểm ngẫu nhiên nhất của sự sống trên Trái Đất là tính đối xứng chiral, hay tính đối chiếu. Trong sinh học phân tử, hình dạng của một phân tử đóng vai trò lớn trong chức năng của nó, nhưng một số hình dạng chỉ đơn giản là hình ảnh đối chiếu của nhau, như tay trái của chúng ta là hình ảnh đối chiếu của tay phải.

Những phân tử này về mặt chức năng là giống nhau, chúng chỉ cần loại máy móc phân tử phù hợp để hoạt động. Sự sống trên Trái Đất dường như đã chọn axit amin tay trái để tạo thành protein và đường tay phải để tạo thành DNA và RNA của chúng ta, nhưng không có lý do gì mà điều này không thể đảo ngược. Chúng ta có thể tiếp xúc với sự sống phân tử có độ đối xứng chiral ngược với chúng ta mà không hề biết; không có tế bào nào của chúng ta có thể tương tác với một phân tử sử dụng bàn tay sai so với chúng ta.

Thật không may, chúng ta có thể chỉ đóng cuốn sách về Sinh quyển tối nếu tìm thấy sự sống khác biệt hoàn toàn so với công thức mà dường như hoạt động rất tốt trên Trái Đất. Chứng minh sự vắng mặt của tất cả các dạng sống khác trên Trái Đất là một nhiệm vụ bất khả thi, vì vậy chúng ta có thể sẽ còn phải suy đoán. Tuy nhiên, nếu chúng ta phát hiện ra bằng chứng về một Sinh quyển tối trong một vài góc khuất kỳ lạ của Trái Đất, chúng ta sẽ phải nhìn nhận sự sống trong vũ trụ từ một quan điểm hoàn toàn mới.