[비즈한국] Khoảng 66 triệu năm trước, một tiểu hành tinh khổng lồ đã lao xuống bán đảo Yucatán ở Mexico ngày nay. Vụ va chạm của tiểu hành tinh có đường kính lên tới 200km này đã gây ra những thay đổi to lớn đối với khí hậu Trái Đất, dẫn đến sự biến mất dần dần của các loài bò sát khổng lồ từng thống trị hành tinh. Đây được ghi nhận là sự kiện đại tuyệt chủng thứ năm xảy ra trên Trái Đất.
Tuy nhiên, thiên thạch không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với sự hủy diệt và cái chết. Đôi khi, chúng lại trở thành tín hiệu báo hiệu sự ra đời và khởi đầu của những mầm sống mới.
Nhà sinh học người Anh Francis Crick, nổi tiếng với việc phát hiện cấu trúc xoắn kép DNA, vào năm 1973 – thời điểm cả thế giới đang xôn xao vì cơn sốt UFO sau Thế chiến II – đã cùng nhà hóa học Leslie Orgel đưa ra một giả thuyết thú vị. Đó là giả thuyết cho rằng các vật chất bám trên bề mặt của những tiểu hành tinh và sao chổi bay đến Trái Đất từ xa xưa đã được truyền sang hành tinh chúng ta, và chính chúng trở thành hạt giống cho sự sống trên Trái Đất.
Cho đến thời điểm đó, hầu hết các nhà sinh học đều nghĩ rằng các nguyên liệu của sự sống chỉ đơn thuần được kết hợp ở đâu đó trên Trái Đất. Thế nhưng, Crick đã ngay lập tức mở rộng khả năng đó ra ngoài vũ trụ. Đó là một khẳng định đột phá cho rằng sự sống trên Trái Đất có thể bắt nguồn từ sinh vật ngoài hành tinh. Mặc dù sau đó có nhiều tranh cãi về việc Crick đã nghiêm túc đến mức nào khi đưa ra tuyên bố này, nhưng giả thuyết đó đã được cụ thể hóa và phát triển hơn trong suốt 50 năm qua.
Bộ phim "Prometheus" năm 2012, được coi là một kiệt tác trong loạt phim Alien, chính xác là dựa trên giả thuyết này. Bộ phim cho rằng hàng tỷ năm trước, một chủng tộc ngoài hành tinh gọi là các "Kỹ sư" (Engineers) đã đến đại dương của Trái Đất, và các thành phần trong cơ thể họ tan ra, trở thành nguyên liệu hình thành nên những sự sống đầu tiên dưới đáy biển Trái Đất. Đó là lý do tại sao xác của người ngoài hành tinh xuất hiện trong phim lại được mô tả là có DNA gần như tương đồng với con người ngày nay.
Nếu nguồn gốc sự sống trên Trái Đất đến từ các tiểu hành tinh và sao chổi, thì những sự việc tương tự hoàn toàn có thể xảy ra trên khắp vũ trụ. Các nguyên liệu sự sống bám trên những mảnh đá vũ trụ nhỏ bé trôi dạt trong không gian suốt một thời gian dài rồi truyền sang một hành tinh khác, sau đó những mảnh vỡ đó lại bay vào không gian và truyền sang hành tinh khác nữa. Điều này giống như hạt bồ công anh bay theo gió đến những ngọn núi xa xôi và tạo nên những cánh đồng bồ công anh mới ở đó. Giả thuyết cho rằng mầm sống đang lan tỏa khắp vũ trụ theo cách này được gọi là thuyết gieo mầm sự sống "Panspermia".
Giả thuyết này rất hấp dẫn nhưng lại khó chứng minh. Chỉ có một cách duy nhất: trực tiếp bay đến những tiểu hành tinh và sao chổi chưa bị ô nhiễm bởi vật chất của Trái Đất để xác nhận xem liệu các nguyên liệu tạo nên sự sống có thực sự đang bị đóng băng ở đó hay không.
Chú ý đến khả năng đáng kinh ngạc này, các nhà thiên văn học gần đây đã gửi nhiều tàu thăm dò khác nhau hướng tới các tiểu hành tinh. Tàu thăm dò Hayabusa2 từng đến tiểu hành tinh Ryugu đã thực hiện cú đáp xuống Ryugu thành công. Hayabusa2 đã thu thập các mẫu tiểu hành tinh vào trong một khoang chứa, và khoang đó đã xuyên qua bầu khí quyển Trái Đất để trở về quê hương vào tháng 12 năm 2020. Có thể coi đây là một hình thức "giao hàng hỏa tốc" các mẫu tiểu hành tinh trực tiếp đến Trái Đất.
Gần đây hơn là nhiệm vụ OSIRIS-REx của NASA. Tàu thăm dò tiếp cận tiểu hành tinh Bennu cũng đã thực hiện cú đáp xuống bề mặt tiểu hành tinh bằng một cái "vòi" dài. Nó thu thập các hạt bụi tiểu hành tinh văng ra trong khoảnh khắc va chạm ngắn ngủi, và khoang chứa mẫu vật đã tái nhập bầu khí quyển Trái Đất thành công vào tháng 9 năm 2023. Có thể coi nó đã trở thành một thiên thạch nhân tạo mang theo mẫu vật tiểu hành tinh rơi xuống bầu trời Trái Đất.
Mẫu vật Ryugu do Hayabusa2 mang về đã được phân tích rất nhiều và một điều đáng kinh ngạc đã được phát hiện. Đó là sự hiện diện của vi khuẩn đang sống và "thở" trong mẫu vật Ryugu. Hơn nữa, người ta còn xác nhận được rằng số lượng của chúng đang tăng lên từng ngày. Phải chăng chúng ta đã phát hiện ra danh tính thực sự của các "Kỹ sư" như trong phim "Prometheus"? Không phải vậy. Đằng sau đó ẩn chứa một câu chuyện rất đáng buồn nhưng cũng không kém phần ngạc nhiên.
Sau khi cắt lát mỏng mẫu vật Ryugu và kiểm tra dưới kính hiển vi điện tử, một cấu trúc mảnh và nhỏ đã được tìm thấy. Quy mô của nó rất nhỏ, chỉ khoảng 50 micromet. Độ dày sợi tóc người vào khoảng 20 đến 200 micromet. Sợi tóc dày hơn nhiều so với toàn bộ cấu trúc mỏng manh mà ta thấy trong ảnh nghiên cứu.
Trên khắp các mẫu vật, người ta tìm thấy những cấu trúc trông giống như những sợi tơ dài và mảnh. Ban đầu, các nhà thiên văn học phỏng đoán rằng những cấu trúc dạng sợi này có thể chỉ đơn giản là tóc, lông hoặc sợi vải từ quần áo của con người vô tình rơi vào. Điều này là do trong phòng thí nghiệm, các sợi vải có thể bám vào từ quần áo bảo hộ, hoặc từ khăn, tấm lau dụng cụ. Thế nhưng, khi so sánh với bất kỳ tổ chức sợi nào mà chúng ta biết, các cấu trúc này đều không trùng khớp.
Nếu nhìn vào ảnh phóng đại của một trong những cấu trúc dạng sợi, người ta còn thấy một chi tiết thú vị hơn: có những đoạn bị lõm vào giữa các sợi. Đây là hình thái thường thấy khi một tế bào đang trong quá trình phân chia nhưng chưa tách rời hoàn toàn, vẫn còn kết nối với nhau.
Điều đáng ngạc nhiên hơn nữa là số lượng các sợi này còn tăng lên theo thời gian. Điều này rõ ràng có nghĩa là đây là một thực thể sống đang sinh sôi. Nghĩa là chúng không đơn thuần chỉ là sợi vải rơi ra từ chiếc khăn lau kính.
Khoang chứa mẫu vật Ryugu đã xuyên qua bầu khí quyển Trái Đất và đến nơi vào tháng 12 năm 2020. Mặc dù các nhà thiên văn học rất muốn kiểm tra ngay món quà "giao hàng hỏa tốc" nóng hổi này, họ đã phải kiên nhẫn chờ đợi một thời gian dài. Để tránh bị ô nhiễm bởi vật chất Trái Đất nhiều nhất có thể, mẫu vật đã được bảo quản trong buồng chân không suốt nhiều tháng. Sau thời gian dài chờ đợi, cuối cùng vào ngày 4 tháng 11 năm 2022, khoang chứa mẫu vật đã được mở.
Ngày mà các mẫu vật được sử dụng trong đợt phân tích này bắt đầu được quan sát dưới kính hiển vi điện tử là ngày 11 tháng 11 năm 2022, tức là một tuần sau đó. Lần đầu tiên nhìn vào qua kính hiển vi điện tử, người ta tìm thấy khoảng 11 sợi tơ. Thế nhưng, chỉ 3 tuần sau, vào ngày 30 tháng 11, số sợi đã tăng lên 147. Hai tuần tiếp theo trôi qua, vào ngày 14 tháng 1 năm 2023, con số đó giảm mạnh xuống còn 36. Điều này rõ ràng có nghĩa là có một quần thể thực thể đang sống và "thở", mà số lượng của chúng tăng lên rồi lại giảm đi theo thời gian. Chắc chắn đây là sự sống.
Nhóm nghiên cứu đã có một khoảnh khắc xao xuyến khi nghĩ rằng cuối cùng họ đã phát hiện ra sự sống ngoài hành tinh tồn tại dưới dạng vi sinh vật. Tuy nhiên, kết quả phân tích kỹ lưỡng hơn đã hé lộ sự thật đầy thất vọng. Đây không phải là sự sống ngoài hành tinh. Đó là vi khuẩn của Trái Đất chúng ta.
Tất cả vi khuẩn trên Trái Đất đều sinh sôi theo cách tương tự. Ngay khi vi khuẩn lần đầu tiên tiếp xúc với môi trường mới, chúng sẽ tăng trưởng chậm trong khi thích nghi để chuẩn bị cho sự phát triển mạnh mẽ. Không có sự phân chia tế bào và sinh sôi nào đáng kể được quan sát thấy, thay vào đó chúng chuẩn bị sao chép protein cho sự phát triển sau này. Sau đó, chúng bước vào pha tăng trưởng logarit (Log Growth phase), nơi số lượng vi khuẩn tăng gấp đôi sau mỗi khoảng thời gian nhất định. Đây là giai đoạn mà số lượng cá thể bùng nổ theo hàm mũ. Tuy nhiên, không phải vi khuẩn nào cũng sinh sôi vô hạn. Khi thiếu tài nguyên cần thiết để duy trì quần thể, chúng sẽ ngừng sinh sôi và bước vào pha dừng (stationary phase). Sau đó, số lượng giảm dần cho đến giai đoạn chết (death phase).
Số lượng các cấu trúc dạng sợi được cho là vi khuẩn xác nhận trong mẫu vật Ryugu lần này cũng thay đổi theo chính cách này. Số lượng ban đầu chỉ có 11 sợi đã tăng lên 147 chỉ sau 3 tuần, rồi lại giảm xuống còn 36. Thông qua mô hình tăng trưởng này, nhóm nghiên cứu ước tính rằng số lượng của chúng tăng gấp đôi sau mỗi 5,1 ngày. Dựa trên cơ sở đó, kết quả truy vết thời điểm bắt đầu sự sinh sôi của các sợi tơ cho thấy, có vẻ như nó bắt đầu từ thời điểm cắt lát mỏng mẫu vật từ tiểu hành tinh để phân tích bằng kính hiển vi điện tử lần đầu tiên, tức là vào đầu tháng 11 năm 2022. Nói cách khác, khả năng cao đây không phải là sinh vật ngoài hành tinh vốn sống sẵn trên tiểu hành tinh, mà là vi khuẩn Trái Đất bám vào ngay sau khi mẫu vật cập bến phòng thí nghiệm.
Vi khuẩn được quan sát lần này được cho là thuộc chi Bacillus. Chúng có hình dáng dài như cái gậy. Bản thân cái tên "Bacillus" trong tiếng Latinh có nghĩa là cái gậy. Đây là những vi khuẩn rất phổ biến, sống trong đất, sông ngòi và thậm chí trong cơ thể chúng ta trên khắp Trái Đất. Chúng có thành tế bào tương đối cứng, nên có thể sống sót mà không chết ngay cả trong điều kiện áp suất thấp gần như chân không.
Thực tế trong điều kiện thông thường, vi khuẩn Bacillus tăng gấp đôi sau mỗi 120 phút. Nhưng các sợi tơ xác nhận trong mẫu vật tiểu hành tinh lần này tăng gấp đôi gần 5 ngày một lần, có vẻ là do chúng bị phơi nhiễm trong môi trường tạo ra nhiều áp lực trong thời gian mẫu vật được bảo quản sau khi về Trái Đất. Trong điều kiện áp suất thấp, thời gian để vi khuẩn Bacillus tăng gấp đôi kéo dài lên tới 6 ngày, tương đương với chu kỳ sinh trưởng của các sợi tơ xác nhận trong mẫu vật này.
Có lẽ vẫn còn sót lại chút hy vọng rằng biết đâu vi khuẩn ngoài hành tinh bị đóng băng lạnh giá trên tiểu hành tinh đã tỉnh giấc sau giấc ngủ đông khi tiếp xúc với môi trường ấm áp của Trái Đất, nhưng khả năng đó là rất thấp. Mẫu vật tiểu hành tinh không được mở ngay khi về đến Trái Đất, mà đã được bảo quản trong trạng thái tiếp xúc với môi trường ấm áp của phòng thí nghiệm trong khoảng thời gian dài gần 300 ngày. Do đó, nếu ngay từ đầu tiểu hành tinh có sự sống ngoài hành tinh, thì với khoảng thời gian bảo quản gần 1 năm, số lượng của chúng đã phải tăng lên rất nhiều. Thế nhưng, số lượng sợi tơ quan sát được khi phân tích mẫu vật lần đầu tiên chỉ vỏn vẹn 11 sợi.
Việc không xác nhận được thêm cấu trúc sợi nào trong đợt phân tích bổ sung vào tháng 1 năm 2023 cũng là một điểm quan trọng. Nếu vi khuẩn ngoài hành tinh bám khắp nơi trên tiểu hành tinh, thì khi cắt lát thêm mẫu vật để kiểm tra, vi khuẩn lẽ ra phải được tìm thấy một lần nữa. Tuy nhiên, sau đó không thấy sự sống ngoài hành tinh nào mới xuất hiện.
Đáng tiếc là chúng ta đã không tìm thấy vi khuẩn ngoài hành tinh hay các "Kỹ sư" như kỳ vọng, nhưng phát hiện lần này lại cho chúng ta biết một sự thật quan trọng. Đầu tiên, nó cho thấy sự sống của Trái Đất có thể sống sót trên bề mặt của các thiên thể hoàn toàn khác biệt, không phải Trái Đất, như tiểu hành tinh. Dù có thể không phát triển rực rỡ, nhưng sự thật là chúng không chết ngay lập tức và có thể tăng số lượng cá thể bằng cách sinh sôi trong một khoảng thời gian nhất định. Các nhà thiên văn học gọi chuỗi sự kiện xảy ra trong mẫu vật lần này là "Rapid colonization" (thuộc địa hóa nhanh chóng). Mẫu vật tiểu hành tinh mang về Trái Đất đã bị "thuộc địa hóa" bởi các vi khuẩn bản địa sống trên Trái Đất chỉ trong vòng vài tuần.
Đây là một phát hiện cực kỳ quan trọng cho các kế hoạch cải tạo địa cầu (terraforming) các thiên thể khác nhau bao gồm cả sao Hỏa trong tương lai. Xét cho cùng, trước khi con người lên sao Hỏa, cần phải gửi trước các loại vi khuẩn có thể sống trong môi trường khắc nghiệt. Phát hiện lần này cho thấy vi khuẩn hoàn toàn có thể sống và thậm chí sinh sôi trên các vật chất ngoài Trái Đất như sao Hỏa. Nếu terraforming trở thành hiện thực, có lẽ những "người tiền trạm" thực sự đặt chân lên sao Hỏa trước con người sẽ chính là các vi khuẩn.
Phát hiện lần này cũng để lại thông điệp quan trọng cho các nhà khoa học đang lên kế hoạch thăm dò thêm nhiều tiểu hành tinh và sao chổi trong tương lai. Các nhà khoa học tuân thủ nghiêm ngặt các giao thức phòng ngừa ô nhiễm để đảm bảo mẫu vật quý giá mang về từ vũ trụ không bị ô nhiễm bởi vật chất Trái Đất. Thế nhưng, mẫu vật lần này vẫn bị ô nhiễm bởi vật chất Trái Đất. Điều này có nghĩa là các giao thức hiện đang áp dụng là chưa đủ.
Việc rào cản phòng dịch tiểu hành tinh bị thủng là một vấn đề rất quan trọng. Vi khuẩn có thể thực hiện các phản ứng sinh hóa, phá hủy các khoáng chất trên bề mặt tiểu hành tinh hoặc để lại các vật chất mới. Tính chất hóa học của tiểu hành tinh sẽ bị biến đổi. Tiểu hành tinh được coi là những hóa thạch sống chứa nguyên vẹn các vật chất từ thời điểm hệ Mặt Trời mới hình thành cách đây 5 tỷ năm ở phía ngoài hệ Mặt Trời. Thế nhưng, ngay khoảnh khắc mang kho báu quý giá đó về Trái Đất mà bị ô nhiễm thì kết quả nghiên cứu sẽ bị sai lệch nghiêm trọng.
Những nỗ lực của các nhà thiên văn học nhằm tránh làm ô nhiễm môi trường vũ trụ đã diễn ra từ rất lâu. Cuộc tranh luận về hồi kết của tàu thăm dò Galileo, kết thúc nhiệm vụ vào tháng 9 năm 2003 sau hành trình dài 14 năm, vẫn còn tiếp diễn. Một số người đề nghị cho nó lao xuống bề mặt các mặt trăng băng giá như Europa đang quay quanh sao Mộc.
Tuy nhiên, Europa là nơi có nước và băng, nơi có thể kỳ vọng khả năng cao tồn tại sự sống ngoài hành tinh. Vì vậy, nhiều nhiệm vụ thăm dò nhằm tìm kiếm dấu vết sự sống đã được lên kế hoạch trong tương lai. Nếu tàu thăm dò từ Trái Đất đâm xuống Europa, các vật chất Trái Đất bám trên đó có thể làm biến đổi môi trường nguyên sơ của Europa. Nếu sau này chúng ta thực sự đến Europa và tìm thấy vi khuẩn đang sống và "thở", chúng ta sẽ không có cách nào biết được đó thực sự là sự sống ngoài hành tinh được sinh ra từ Europa, hay là vi khuẩn Trái Đất bám trên tàu thăm dò của các thế hệ tiền bối từ lâu vẫn còn sống sót. Vô hình trung, nhân loại chúng ta lại trở thành những "Kỹ sư" gieo mầm sự sống mới cho Europa một cách không mong muốn.
Cuối cùng, các nhà thiên văn học đã kết luận bằng việc cho tàu thăm dò Galileo lao vào các đám mây của sao Mộc, qua đó bảo vệ an toàn cho môi trường của Europa. Nhờ đó, tàu thăm dò Europa Clipper vừa được phóng gần đây có thể phân tích một Europa vốn được bảo tồn nguyên vẹn cho đến nay mà không cần lo lắng về ô nhiễm.
Mặc dù gần đây đang gặp đôi chút khó khăn do vấn đề ngân sách, NASA vẫn đang chuẩn bị cho kế hoạch lịch sử mang mẫu vật từ sao Hỏa trở về Trái Đất (Mars Sample Return) trước năm 2030. Xe tự hành Perseverance đã bay tới sao Hỏa đang miệt mài khoan lỗ khắp nơi trên sao Hỏa để thu thập mẫu vật. Sau đó, nó sẽ chuyển các mẫu vật sang một tàu thăm dò thứ hai bay tới sao Hỏa, rồi phóng một tên lửa nhỏ như tên lửa dẫn đường để mang kho báu quý giá trở về Trái Đất.
Từ trước đến nay, mọi nghiên cứu về sao Hỏa đều chỉ được thực hiện trên chính sao Hỏa. Nếu nhiệm vụ này vận hành suôn sẻ như mong đợi của tất cả mọi người, nhân loại cuối cùng sẽ có thể trực tiếp xác nhận và phân tích vật chất của sao Hỏa ngay trên Trái Đất. Tuy nhiên, nếu bị ô nhiễm bởi vật chất Trái Đất như trong vụ phân tích mẫu vật tiểu hành tinh lần này, kết quả phân tích các mẫu vật sao Hỏa quý giá sẽ chứa đầy sai sót. Ở thời điểm hiện tại, khi nhiệm vụ đưa mẫu vật sao Hỏa trở về sắp bắt đầu, mẫu vật Ryugu đã để lại một bài học quan trọng là các nhà thiên văn học cần phải thiết lập lại các giao thức phòng ngừa ô nhiễm một cách thận trọng hơn nữa.
Tên gọi "Catch-22" trong cuốn tiểu thuyết cùng tên của nhà văn Mỹ Joseph Heller, viết dựa trên kinh nghiệm phục vụ trong Thế chiến II, là một quy định ngầm định giả tưởng xuất hiện trong tác phẩm. Đó là quy định: "Những người bị điên phải được loại khỏi nhiệm vụ ném bom, vì vậy họ phải báo cho bác sĩ quân y biết về việc mình bị điên. Nhưng nếu làm vậy, nghĩa là họ đã có nhận thức đúng đắn về tinh thần, do đó họ chứng minh được mình không điên và không thể được loại khỏi nhiệm vụ ném bom". Vì thế, Catch-22 ám chỉ một tình huống khó xử rơi vào vòng lặp logic luẩn quẩn.
Một tình huống tương tự cũng xảy ra khi phân tích mẫu vật tiểu hành tinh. Để phân tích xem tiểu hành tinh có thành phần gì, cần phải phân tích tại phòng thí nghiệm trên Trái Đất. Thế nhưng nếu mang về phòng thí nghiệm trên Trái Đất thì sẽ bị ô nhiễm bởi vật chất của Trái Đất, nên không thể phân tích chính xác. Vì kết quả có thể bị sai lệch nên việc mang tiểu hành tinh về phòng thí nghiệm trên Trái Đất là rất nguy hiểm. Thế nhưng nếu không mang mẫu vật tiểu hành tinh về thì lại không thể phân tích trên Trái Đất.
Tất nhiên, đây không phải là một sự so sánh chính xác, nhưng nếu chỉ nhìn vào hiện tượng xảy ra trên bề mặt thì ở khía cạnh "ngay khoảnh khắc quan sát để phân tích tiểu hành tinh, tiểu hành tinh mất đi tính chất ban đầu và biến đổi thành hình thái bị biến dạng và ô nhiễm", nó gợi nhớ đến tình huống nan giải của cơ học lượng tử, vốn từng nói rằng "bản thân hành vi quan sát gây ảnh hưởng đến hình thái của vũ trụ". Có vẻ như chúng ta không thể nhìn thấy thế giới ở trạng thái nguyên sơ, bản chất vốn có trước khi chúng ta chạm tay vào, dù là trong thế giới vi mô của các nguyên tử hay thế giới vĩ mô của vũ trụ.
Tham khảo
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.14288
https://www.darts.isas.jaxa.jp/curation/hayabusa2/
Tác giả Ji Woong-bae là ai? Anh yêu mèo và vũ trụ. Khi còn nhỏ, sau khi xem phim "Galaxy Express 999", anh đã nuôi ước mơ truyền bá vẻ đẹp của vũ trụ. Hiện anh đang nghiên cứu sự tiến hóa thông qua tương tác giữa các thiên hà tại Trung tâm Nghiên cứu Tiến hóa Thiên hà và Phòng thí nghiệm Vũ trụ học gần thuộc Đại học Yonsei, đồng thời tham gia các hoạt động truyền thông khoa học đa dạng như thuyết giảng và viết lách. Anh đã viết các cuốn sách như "Đài thiên văn hẹn hò", "Suy nghĩ về vũ trụ cả ngày", "Sao, khoa học của ánh sáng".