Trong một nghiên cứu được công bố gần đây trên Tạp chí Chem, các nhà hóa học nghiên cứu nguồn gốc sự sống từ Viện nghiên cứu Scripps và Viện Công nghệ Georgia (Mỹ) đã đưa ra một lí thuyết mới về nguồn gốc của các loại đường đầu tiên trên Trái đất, vốn không thể thiếu trong quá trình tiến hóa của sự sống.

Họ cho rằng, các loại đường thiết yếu cần thiết để tạo ra các dạng sống nguyên thủy có thể là kết quả từ các phản ứng của glyoxylate (C2HO3-), một hóa chất khá cơ bản tồn tại trên Trái đất trước khi sự sống xuất hiện.

Ramanarayanan Krishnamurthy - tiến sĩ, giáo sư Khoa Hóa học tại Scripps Research - cho biết: “Nghiên cứu cho thấy, giả thuyết mới của chúng tôi có những ưu điểm vượt trội so với quan điểm truyền thống rằng, đường ban đầu phát sinh từ hóa chất formaldehyde”.

Các nhà hóa học về nguồn gốc sự sống đã nghiên cứu để giải thích cách các 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 trong thời “tiền sinh học”.

Mục đích bao trùm của lĩnh vực này là trả lời câu hỏi về cách sự sống trên hành tinh của chúng ta hình thành. Nhưng những khám phá của nó cũng có thể cung cấp thông tin hữu ích cho nhiều lĩnh vực khác, từ khoa học khí quyển và địa chất đến sinh học tổng hợp và thậm chí là tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác.

Ba loại phân tử sinh học chính cần được giải thích bằng hóa học là các axit amin tạo nên protein, các nucleobase tạo nên phân tử DNA và RNA cùng với đường (còn gọi là carbohydrate).

Theo các lí thuyết phổ biến, axit amin có thể phát sinh từ amoniac (NH3), trong khi nucleobase phát sinh từ hydro xyanua (HCN).

Đi tìm nguồn gốc của đường

Nguồn gốc của đường ít rõ ràng hơn hai hợp chất còn lại. Nhiều nhà khoa học tin rằng, các loại đường đầu tiên trên thế giới được tạo ra từ các phản ứng liên quan đến formaldehyde (CH2O), nhưng lý thuyết này có một số nhược điểm.

“Các phản ứng với formaldehyde được đề xuất bởi lí thuyết này khá lộn xộn. Chúng có các phản ứng phụ không kiểm soát được và các nhược điểm khác do khả năng phản ứng cao của formaldehyde trong các điều kiện ban đầu của Trái đất” - đồng tác giả Charles Liotta, tiến sĩ, giáo sư danh dự tại Trường Hóa học và Hóa sinh của Viện Công nghệ Georgia (Mỹ), cho biết.

Glyoxylate đã có một vai trò nổi bật trong các lý thuyết hóa học về nguồn gốc sự sống. Nhà hóa học Thụy Sĩ Albert Eschenmoser đã đề xuất vào năm 2007 rằng, một dạng khác của nó có thể là nguồn gốc hình thành của nhiều phân tử sinh học.

Tiến sĩ, nhà hóa học của Đại học Krishnamurthy và Đại học Furman, Greg Springsteen cũng đề xuất trong một bài báo đăng trên tạp chí Hóa học Tự nhiên năm 2020 rằng, glyoxylate có thể đã giúp khởi tạo một phiên bản nguyên thủy của chu trình TCA (axit tricarboxylic) hiện đại, một quá trình trao đổi chất cơ bản được tìm thấy ở hầu hết các dạng sống trên Trái đất.

Krishnamurthy và nhóm của ông đang làm việc để chứng minh kịch bản phản ứng glyoxylose thực sự có thể tạo ra những loại đường đầu tiên là chính xác.

“Một minh chứng như vậy sẽ mở rộng vai trò của glyoxylate như một phân tử linh hoạt trong hóa học tiền sinh học và tiếp tục kích thích việc tìm kiếm nguồn gốc của sự sống trên Trái đất tiền sinh học” - Krishnamurthy nói.

Các nhà hóa học cũng đang xem xét các ứng dụng thương mại tiềm năng của các phản ứng tạo ra glyoxylate, vì những phản ứng này tiêu thụ CO2 một cách hiệu quả và do đó có thể được sử dụng để giảm mức CO2 cục bộ trong môi trường công nghiệp hoặc toàn cầu để chống lại sự nóng lên toàn cầu.