Từ cuối liên đại Hadean tới liên đại Archean (500 triệu – 1 tỷ năm tuổi)

Trong bài viết trước, chúng ta đã nắm được những tính chất hoá học cốt lõi nhất của sự sống. Vậy thì làm thế nào mà Trái Đất, từ một hành tinh cằn cỗi với những hòn đá “không sống”, lại có thể trở nên “sống động” đến như vậy?

Tại thời điểm này, Trái Đất đã sở hữu tất cả các nguyên liệu thô cần thiết. Đại dương, khí quyển, các loại đá và khoáng chất đều rất giàu các nguyên tố nằm trong “bộ tứ siêu đẳng” như cacbon, oxy, hydro, nitơ, cùng với đó là lưu huỳnh và phốt pho. Năng lượng mà Trái Đất nhận được cũng vô cùng dồi dào: Đó có thể là bức xạ đến từ Mặt Trời, nhiệt lượng đến từ trung tâm của hành tinh, các tia sét chói loà, các nguyên tố phóng xạ được nung nóng và các vụ va chạm dữ dội đến từ các tiểu hành tinh. Và đây là những điều kiện vô cùng thuận lợi để cacbon – một nguyên tố vô cùng linh hoạt trong bảng tuần hoàn, bắt đầu trỗi dậy và “chinh phục” thế giới. 

Trong bảng tuần hoàn, rất khó để chúng ta có thể tìm thấy được một nguyên tố có cấu trúc và chức năng đa dạng như cacbon. Các nguyên tử này sở hữu khả năng liên kết vô song: Nó không chỉ liên kết với các nguyên tử cacbon khác mà nó còn có thể liên kết với các nguyên tố khác – đặc biệt là hydro, oxy, nitơ và lưu huỳnh – với tối đa là bốn liên kết cho một nguyên tử cacbon. Nhờ vào khả năng này, chúng có thể tạo thành vô số các chuỗi phân tử dài hoặc là các phân tử có cấu trúc vòng hay phân nhánh rất phức tạp, cùng với hàng tá các loại hình dạng khác. Các chuỗi này, đến lượt nó, lại tiếp tục tạo thành “xương sống” của các đại phân tử sinh học như protein, carbohydrate, chất béo, DNA và RNA. 

Mỗi miếng thức ăn chúng ta cho vào miệng, mỗi loại thuốc chúng ta uống khi bị ốm, mỗi bộ phận trên của cơ thể chúng ta và các loài sinh vật khác,…Tất cả đều chứa đầy cacbon. Bên cạnh đó, các hóa chất gốc cacbon có mặt ở khắp mọi nơi: trong sơn, keo, thuốc nhuộm và nhựa, trong quần áo và đế giày của bạn, trong chiếc máy tính (hoặc điện thoại) khi bạn đang đọc bài viết này; và ở trong các loại nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ hay các loại khí đốt tự nhiên.

Tuy nhiên, cacbon không thể tự mình “chinh phục thế giới” – một quá trình “chuyển mình” từ địa hóa đến sinh hóa. Nó phải cần đến rất nhiều sự trợ giúp.

1. Những “viên gạch” đầu tiên

Cho đến tận ngày nay, không một ai trong số chúng ta có thể biết được chính xác quá trình “chuyển mình” từ thế giới vô cơ sang thế giới hữu cơ diễn ra như thế nào (hoặc khi nào), nhưng những nguyên tắc cơ bản đang dần dần được hé lộ từ các phòng thí nghiệm tại khắp mọi nơi trên thế giới. 

Sự sống ắt hẳn đã được tạo nên thông qua một chuỗi các bước, mỗi bước đều làm tăng thêm một (hoặc nhiều) độ phức tạp. Đầu tiên, các đại phân tử sinh học phải được hình thành. Sau đó, những phân tử này tiếp tục được chọn lọc và kết tụ để tạo nên các cấu trúc thiết yếu của sự sống – màng tế bào, các bào quan bên trong và các thành phần chức năng khác của tế bào. Đến một thời điểm nào đó, các phân tử này phải có khả năng tự sao chép, đồng thời phải tìm ra cách “lưu giữ” các thông tin di truyền để có thể truyền lại cho thế hệ sau. Cuối cùng, thông qua quá trình tiến hóa dài đằng đẵng và được điều chỉnh bằng cơ chế chọn lọc tự nhiên, sự sống đã xuất hiện.

Bước đầu tiên và được hiểu rõ nhất trong quá trình hình thành nên sự sống đó chính là chu trình “sản xuất” tràn lan các đại phân tử sinh học, chẳng hạn như carbohydrate, axit amin, lipid…Ban đầu, những hóa chất thiết yếu này được “nhào nặn” ở những nơi khi các tia sét đi xuyên qua bầu khí quyển hay gần những ngọn núi lửa đang đun sôi các đại dương sâu thẳm, thậm chí là ở trong những đám mây phân tử trôi nổi ngoài không gian trước khi Trái Đất ra đời – một khu vực liên tục bị phơi nhiễm bởi bức xạ tia cực tím năng lượng cao. Lúc bấy giờ, các phân tử hoá học thiết yếu này trôi nổi ngày càng nhiều trên các đại dương cổ đại – chúng có thể từ trên trời rơi xuống hay trồi lên từ đáy biển. 

Nhưng liệu chúng ta có thể kiểm chứng được giả thuyết này hay không?

Một món “súp nguyên thuỷ”

Từ xưa đến nay, nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất là một trong những câu hỏi vô cùng hóc búa và đã làm đau đầu rất nhiều những bộ não kiệt xuất mà thế giới đã từng sản sinh ra. Vào những năm 1920, nhà sinh vật học người Nga Alexander Oparin và nhà sinh vật học tiến hóa kiêm nhà di truyền học người Anh John Haldane đã đề xuất khái niệm về một “món súp nguyên thủy” – tức là các đại dương cổ đại trên Trái Đất chứa rất nhiều các loại hợp chất hữu cơ, từ đó làm tiền đề cho quá trình tiến hóa hóa học sau đó. 

Trước đó, trong một bức thư gửi Joseph Hooker năm 1871, Charles Darwin đã tưởng tượng rằng sự sống ắt hẳn phải bắt nguồn từ “một cái ao nhỏ ấm áp nào đó, cùng với các hoá chất như amoniac, muối photphoric, ánh sáng, nhiệt, điện, v.v.”, trong đó “một hợp chất protein đã được hình thành sẽ sẵn sàng trải qua những biến đổi phức tạp hơn nữa”

Tuy nhiên, phải đến những năm 1950, các nhà hóa học mới bắt đầu tiến hành các thí nghiệm nhằm tìm hiểu cách làm nên các phân tử hữu cơ từ những nguyên liệu sẵn có đơn giản hơn trên Trái Đất sơ khai. Một trong những báo cáo đầu tiên về vấn đề này chính là quá trình tổng hợp axit formic từ việc chiếu xạ dung dịch CO₂ trong nước vào năm 1951.

Vào năm 1953, Harold Urey, một giáo sư hoá học đã đoạt giải Nobel vào năm 1934, cùng với người trợ lý tài năng của ông, Stanley Miller, đã thiết kế một thiết bị khá đơn giản nhằm mô phỏng các điều kiện tự nhiên của Trái Đất sơ khai. Nước sôi nhẹ được dùng để mô phỏng cho đại dương Hadean đang sôi sục, một hỗn hợp các loại khí đơn giản nhằm mô phỏng bầu khí quyển sơ khai của Trái Đất, trong khi các tia lửa điện lại giống như các tia sét giàu năng lượng. Sau một vài ngày, nước không màu chuyển dần sang màu hồng nhạt rồi tiếp tục ngả sang màu nâu cùng với một hỗn hợp các phân tử hữu cơ. Lớp thủy tinh trong suốt cũng bị phủ bởi một lớp bùn hữu cơ màu đen.

Sau đó, các phân tích hóa học của Miller đã cho chúng ta biết rằng, hỗn hợp này chứa rất nhiều các loại axit amin cùng với hàng tá các đại phân tử sinh học khác. Và bài báo năm 1953 của bộ đôi này đăng trên tạp chí Science đã tạo ra một cơn “địa chấn” trên khắp thế giới. 

Mặc dù có rất nhiều yếu tố trong thí nghiệm của Miller – Urey bị đặt dấu hỏi, hàng ngàn các biến thể của thí nghiệm này sau đó đã khẳng định một cách chắc nịch rằng, Trái Đất sơ khai hẳn đã có rất nhiều các đại phân tử thiết yếu giúp làm nên sự sống. Hỗn hợp khí phun ra từ núi lửa chứa cacbon và nitơ có thể dễ dàng phản ứng với các loại đá và nước biển xung quanh để tạo ra hầu hết các “mảnh ghép” cơ bản của sự sống (các đại phân tử sinh học). Vậy thì những câu hỏi về nguồn gốc của sự sống trên Trái Đất cuối cùng cũng đã được giải đáp?

Tuy nhiên, sự thật thường rất phức tạp. Trong những năm 1950, các nhà nghiên cứu chưa thể hiểu được tất cả các yếu tố tự nhiên giúp cấu thành nên môi trường của Trái Đất sơ khai – một môi trường bị biến đổi liên tục bởi chu kỳ ngày/đêm, nóng/lạnh, ẩm/khô, và rất nhiều các yếu tố khác. Họ cũng không xem xét đến các yếu tố khác trong tự nhiên, chẳng hạn như khi dung nham núi lửa tiếp xúc với nước biển lạnh, hay khi một con sông nước ngọt đổ vào đại dương mặn chát. Và không có bất kỳ một thí nghiệm nào xét tới sự kết hợp giữa đá và khoáng chất – một loại khoáng vật vốn rất giàu các loại nguyên tố hoá học cùng với cấu trúc tinh thể năng động và linh hoạt của chúng. Họ chỉ đơn giản là đưa ra một giả định: Tất cả các quá trình hoá học và sinh học đều phải được diễn ra trên bề mặt Trái Đất – một nơi liên tục bị “phơi nhiễm” bởi dòng bức xạ năng lượng cao đến từ Mặt Trời.

Các lỗ thông hơi thuỷ nhiệt

Giả thuyết về một “món súp nguyên thủy” dường như có sức hấp dẫn rất khó có thể cưỡng lại: Bạn chỉ cần “đào bới” các dung dịch này là có thể tìm ra các “mảnh ghép” giúp làm nên sự sống. Nhưng nó cũng có một nhược điểm chết người: Bất cứ thứ gì được tạo ra đều sẽ bị phá huỷ một cách tàn nhẫn (có thể là ngay tức khắc). Vậy thì tại sao điều này lại xảy ra?

Như chúng ta đã đề cập ở bên trên, ban đầu, các nhà khoa học đã giả định rằng những bề mặt có ánh sáng Mặt Trời chiếu tới là đủ để sự sống có thể “ngóc đầu dậy”. Nhưng vào lúc sự sống xuất hiện lần đầu tiên trên Trái Đất, những tia UV có tính phá huỷ vô cùng cao – cùng với các hoạt động núi lửa lan rộng trên khắp hành tinh trẻ và bầu khí quyển quá đỗi khắc nghiệt – tất cả dường như lại rất “sẵn sàng” để phá huỷ bất kỳ các cấu trúc phức tạp nào. 

Bên cạnh đó, mặc dù các tia sét giàu năng lượng hay bức xạ tia cực tím có thể kích hoạt các phản ứng sinh hóa, nhưng lượng năng lượng khổng lồ này cũng có thể nhanh chóng “xé toạc” các phân tử vừa mới được hình thành. 

Quay trở về giả thuyết của Miller – Urey, quá trình tổng hợp nên các đại phân tử phức tạp hơn rất có thể được điều khiển bởi các phản ứng hóa học tương đối đơn giản, gọi chung là phản ứng oxy hóa – khử (ví dụ như gỉ sắt hoặc đường bị caramel hóa). Nhìn chung thì đây là một “công cụ” dễ sử dụng hơn nhiều, trái ngược hoàn toàn so với các tác động dữ dội của sét hoặc bức xạ tia cực tím. Dù vậy, bầu khí quyển chứa đầy sét hoặc liên tục bị “phơi nhiễm” trước dòng bức xạ khắc nghiệt vẫn sẽ là một giả thuyết cần phải xét đến khi chúng ta thảo luận về sự trỗi dậy sự sống. 

Không dừng lại ở giả thuyết này, các phân tử sinh học thậm chí còn có thể hình thành trong các vụ va chạm thiên thạch, trên các hạt bụi được “tắm nắng” ở tầng khí quyển cao hơn của Trái Đất và trong các đám mây phân tử liên tục tiếp xúc với các dòng tia vũ trụ. Bên cạnh đó, mỗi năm, hàng tấn “bụi” hóa chất hữu cơ liên tục trút xuống bề mặt Trái Đất như đã diễn ra cách đây hơn 4,5 tỷ năm. 

Giờ đây, chúng ta đã biết rằng các đại phân tử sinh học cấu thành nên sự sống đã và đang nằm rải rác trong khắp vũ trụ, nhưng chúng ta cũng phải thừa nhận một điều rằng, đây chưa phải là toàn bộ câu chuyện. Vậy thì phần câu chuyện còn thiếu ở đây là gì?

Vào năm 1977, trong quá trình khảo sát Khe nứt Galápagos dọc theo sống núi giữa đại dương ở vùng phía đông Thái Bình Dương, các nhà khoa học đã nhận thấy một loạt các biến động nhiệt độ rất dữ dội trong dữ liệu của họ. Họ tự hỏi làm thế nào mà nhiệt độ ở trong lòng đại dương sâu thẳm có thể thay đổi nhanh chóng đến như vậy – từ điểm nhiệt độ gần như là đóng băng cho đến khoảng 400°C – trong một khoảng cách vô cùng ngắn. Và thứ mà họ tìm thấy là một phát hiện tương đối thú vị – đó chính là các lỗ thông hơi thủy nhiệt ẩn mình dưới đáy biển sâu.

Xung quanh các lỗ thông hơi thuỷ nhiệt này, họ cũng đã tìm thấy một hệ sinh thái bao gồm hàng trăm loài sinh vật hoàn toàn mới lạ và độc đáo. Bất chấp nhiệt độ và áp suất cực đoan, đồng thời “tặng kèm” các loại khoáng chất độc hại và thiếu đi năng lượng đến từ ánh sáng Mặt Trời, các loài sinh vật vẫn sinh sôi và phát triển rất mạnh mẽ. Không dừng lại ở đây, các nhà khoa học còn tìm ra các loài vi khuẩn thậm chí còn đang chuyển hóa các loại khoáng chất độc hại phun ra từ các lỗ thông hơi thuỷ nhiệt này thành các dạng năng lượng có thể sử dụng được, đồng thời cung cấp thức ăn cho các sinh vật khác sống ở gần đó.

Nhìn chung thì các lỗ thông hơi thủy nhiệt giống như những con suối nước nóng đang phun ra dưới đáy đại dương. Dọc theo các sống núi nằm giữa đại dương – nơi các mảng kiến ​​tạo đang dần dần tách ra xa nhau, dòng magma ở lớp phủ bên dưới sẽ dâng lên rồi nguội đi, đồng thời tạo thành một lớp vỏ mới và cùng với các dãy núi lửa.

Tận dụng các khe nứt đã được mở ra này, nước biển sẽ nhanh chóng “hành quân” tiến vào bên trong lớp vỏ đại dương và bị đun sôi bởi dòng magma nóng đang cuộn trào ở bên dưới. Khi áp suất và nhiệt độ ngày càng tăng, nước biển sẽ bắt đầu hòa tan các khoáng chất bên trong lớp phủ trên và dâng lên bề mặt.

Dòng nước nóng và giàu khoáng chất này sau đó sẽ thoát ra khỏi lớp vỏ đại dương và trộn lẫn với nước biển mát hơn ở phía trên. Các khoáng chất đã hòa tan trong dung dịch trước đó sẽ bắt đầu kết tủa và tạo thành một mỏ khoáng xung quanh dòng chất lỏng đang không ngừng phun trào, được gọi là các ống thông hơi thuỷ nhiệt.

Các lỗ thông hơi thủy nhiệt thường được chia làm hai loại chính, bao gồm “miệng phun khói đen” và “miệng phun khói trắng”. Các miệng phun ra làn khói màu đen sở hữu các cột khói cao tới 55m, có nhiệt độ vô cùng cao và chứa rất nhiều lưu huỳnh (S). Ngược lại, các miệng phun ra làn khói trắng thì có màu sáng hơn, rất giàu bari, canxi và silic. So với các “miệng phun khói đen”, những cột khói thấp của các “miệng phun khói trắng” thường có nhiệt độ mát mẻ hơn.

Ban đầu, nhiệt độ của dòng chất lỏng phun ra là cực kỳ cao – có thể lên tới hơn 400°C. Nhưng bất chấp sức nóng khủng khiếp này, chúng lại có xu hướng nguội đi rất nhanh khi được pha trộn với nước biển. Chỉ cần bạn di chuyển ra xa nó một chút, nhiệt độ có thể rơi xuống khoảng 20°C, một nền nhiệt tương đối dễ chịu và thoải mái.

Bên cạnh đó, chuỗi thức ăn tại những “ốc đảo” này dựa vào một chu trình cốt lõi được vi khuẩn thực hiện, gọi là hóa tổng hợp. Về cơ bản, quá trình này khá giống với chiến lược quang hợp được thực vật trên cạn sử dụng, nhưng thay vì sử dụng năng lượng đến từ ánh sáng từ Mặt Trời, vi khuẩn “trích xuất” các chất hóa học đang được phun ra từ các lỗ thông hơi thuỷ nhiệt này và tạo ra đường (đồng nghĩa với thức ăn).

12H₂S + 6CO₂ → C₆H₁₂O₆ + 6H₂O + 12S

Như vậy, sự tồn tại của các lỗ thông hơi thủy nhiệt này đã cho chúng ta nhận thức được một sự thật rất quan trọng: sự sống hoàn toàn có thể sinh sôi và phát triển trong các môi trường vô cùng khắc nghiệt. Giờ đây chúng ta đã biết rằng các vi sinh vật có thể sống sót trong các “dòng suối” axit chảy ra từ các khu mỏ hay những hồ nước sôi sục tại các khu vực núi lửa nóng bỏng. Chúng cũng có thể “kiếm sống” bên trong những tảng băng vĩnh cửu ở Nam Cực hay ở các hạt bụi trên tầng bình lưu cách bề mặt Trái Đất hàng km. Nếu sự sống có thể phát triển trong các môi trường cực đoan như vậy—nhất là ở các lỗ thông hơi thuỷ nhiệt sâu thẳm được bảo vệ khỏi những mối nguy hại rình rập trên bề mặt—thì tại sao sự sống lại không thể bắt nguồn từ đây?

2. Chọn lọc tự nhiên

Trong nửa thế kỷ trước, thách thức lớn nhất trong việc nghiên cứu nguồn gốc của sự sống chính là câu hỏi về nguồn gốc của các mảnh “nguyên liệu thô”: các đại phân tử sinh học giúp cấu thành nên sự sống. Đến đầu thế kỷ 21, về cơ bản, vấn đề này đã được giải quyết: các nhà khoa học nhận ra rằng Trái Đất ắt hẳn đã được bao bọc bởi một dung dịch (các đại dương cổ đại) được lấp đầy bởi các đại phân tử sinh học.

Hiện nay, trọng tâm của các nghiên cứu đã chuyển sang tìm hiểu cách Tự nhiên lựa chọn và lắp ráp các đại phân tử sinh học này thành các cấu trúc phức tạp hơn – màng bao bọc tế bào, các enzyme giúp “gia tốc” các phản ứng hóa học hay các polymer giúp lưu trữ thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.

Tự lắp ráp

Có hai quá trình quan trọng rất có thể đã xảy ra. Một là quá trình tự lắp ráp, trong đó một nhóm các phân tử – chẳng hạn như lipid – tự động kết tụ lại với nhau để tạo nên các màng các tế bào đầu tiên. Trong một số các điều kiện nhất định, lipid có xu hướng tự lắp ráp lại thành những “quả cầu rỗng” siêu nhỏ.

Đương nhiên thì đây không phải là một suy đoán vu vơ. Năm 1985, nhà hóa sinh David Deamer đã mô tả cách ông chiết xuất một loạt các phân tử hữu cơ đa năng này từ thiên thạch Murchison giàu carbon – những vật thể đã hình thành từ rất lâu trước khi Trái Đất xuất hiện và phát hiện ra rằng chúng nhanh chóng tự sắp xếp lại thành những quả cầu nhỏ. Và thí nghiệm này cũng như các thí nghiệm khác đã chứng minh rằng, những quả cầu lipid dường như là một đặc điểm không thể tránh khỏi của thế giới tiền sinh học và chắc hẳn nó đã chiếm một vai trò rất quan trọng trong quá trình hình thành của sự sống.

Tổng hợp theo khuôn mẫu và chirality

Hầu hết các đại phân tử sinh học không thể “tụ tập” về “cùng một mối” khi đang di chuyển loạn xạ giữa các dòng nước trong lòng đại dương, nhưng chúng có thể được tập hợp trên các bề mặt của đá và khoáng chất trong một quá trình thứ hai được gọi là tổng hợp theo khuôn mẫu.

Hàng loạt các thí nghiệm trong vài thập kỷ qua đã cho thấy hầu hết các đại phân tử sinh học thường bám vào các bề mặt khoáng chất tự nhiên: đường, axit amin và các thành phần của DNA và RNA bám vào các khoáng chất phổ biến nhất trên Trái Đất – có thể là đá bazan, đá granit hay feldspar, pyroxene, thạch anh…Hơn nữa, khi một số phân tử “cạnh tranh” cùng một “mảnh đất” trên bề mặt tinh thể, chúng thường kết hợp lại với nhau, từ đó tiếp tục thúc đẩy sự ra đời của các cấu trúc còn phức tạp hơn nữa.

Có lẽ thách thức khó khăn nhất trong việc chọn lọc các phân tử chính là chirality, hay còn gọi là đặc tính “thuận tay” của sự sống. Như chúng ta đã thảo luận trong bài viết trước, nhiều phân tử có các đồng phân đối quang – các biến thể “thuận tay trái” và “thuận tay phải”. Các cặp phân tử này có rất nhiều các đặc điểm giống nhau: chúng có cùng thành phần hóa học, có cùng điểm nóng chảy và điểm sôi, thậm chí còn có cùng màu sắc và độ dẫn điện. Nhưng khi chúng ta lấy hình ảnh của hai phân tử này đặt chồng lên nhau, chúng lại không trùng khớp – một hiện tượng rất quen thuộc nếu như bạn đã từng thử lấy găng tay trái đeo vào tay phải.

Hóa ra sự sống lại vô cùng kén chọn: các tế bào hầu như chỉ sử dụng các phân tử axit amin “thuận tay trái” và các phân tử đường “thuận tay phải”. Nhưng tại sao điều này lại xảy ra?

Chirality là rất quan trọng. Ví dụ, đối với chất tạo mùi nhân tạo limonene, cấu hình “thuận tay phải” thường sẽ có mùi cam, trong khi cấu hình “thuận tay trái” của phân tử hình vòng đơn giản này lại có mùi chanh. Bên cạnh đó, các thụ thể khứu giác trong mũi của bạn lại rất nhạy cảm với tính chất này. Vì vậy, tín hiệu truyền lên não của limonene “thuận tay phải” và limonene “thuận tay trái” sẽ là hơi khác nhau.

Vị giác của chúng ta thì lại ít nhạy cảm hơn với sự khác biệt giữa đường “thuận tay phải” và đường “thuận tay trái”: Cả hai đều có vị ngọt, nhưng hệ tiêu hóa của chúng ta lại chỉ có thể xử lý được cấu hình “thuận tay phải”.

Các loại đường tự nhiên, chẳng hạn như D-glucose và D-fructose (“thuận tay phải”) xuất hiện rất nhiều trong các loại thực phẩm, có cấu hình rất phù hợp với các enzyme bên trong cơ thể chúng ta. Tuy vậy, các enzyme này lại không thể kết hợp được với các phân tử đường “thuận tay trái” (L-glucose và L-fructose). Bên cạnh đó, D-glucose có thể được vận chuyển rất hiệu quả từ ruột non vào máu. Tuy nhiên, L-glucose lại không được hấp thụ bằng cách này. Lúc này, chúng có thể đi đến ruột kết – nơi chúng có thể bị vi khuẩn lên men và gây ra hàng loạt các vấn đề về tiêu hóa.

Câu chuyện đáng sợ về thalidomide cũng dựa trên đặc tính này. Phiên bản “thuận tay phải” của loại thuốc này có thể giúp làm giảm các triệu chứng ốm nghén ở những người phụ nữ đang mang thai, nhưng biến thể “thuận tay trái” lại có thể gây ra dị tật bẩm sinh. 

Vậy thì câu hỏi đặt ra ở đây là: Tại sao sự sống lại “quan trọng hóa” vấn đề này đến như vậy? Rất có khả năng các bề mặt khoáng chất bất đối xứng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc “lựa chọn” các phân tử “thuận tay”

Các bề mặt khoáng chất bất đối xứng có mặt ở khắp mọi nơi trong tự nhiên, từ đó tạo thành rất nhiều các “điểm bám” khác nhau. Lúc này, rất nhiều các thí nghiệm đã chỉ ra rằng một số phân tử “thuận tay trái” có thể dễ dàng bám chắc vào một bề mặt tinh thể hơn so với các phân tử “thuận tay phải”. Ngược lại, các phân tử “thuận tay phải” lại có thể bám chắc hơn vào một bề mặt khoáng chất khác so với các phân tử “thuận tay trái”. 

Tất nhiên, quá trình chọn lọc trên một bề mặt khoáng chất dường như chẳng để lại bất kỳ ảnh hưởng đáng kể nào, cùng lắm thì sẽ có một viên đá chỉ có các phân tử “thuận tay trái” hoặc “thuận tay phải” bám vào. Nhưng hãy tưởng tượng ra hàng tỷ bề mặt khoáng chất lớn nhỏ khác nhau, mỗi bề mặt đều được bao phủ bởi hàng tá các phân tử hữu cơ; và đồng thời những thí nghiệm nhỏ bé bên trên liên tục được lặp đi lặp lại trong hàng trăm triệu năm. Lúc này, rất có thể những tổ hợp phân tử “sống sót” này bắt đầu có khả năng tự lắp ráp dễ dàng hơn, phát triển khả năng liên kết mạnh hơn với bề mặt khoáng chất hoặc có độ ổn định cao hơn dưới nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt, đã có thể tồn tại và phát triển, từ đó tiếp tục cho ra các “cải tiến” hoàn toàn mới.

Như vậy, về cơ bản, các đại phân tử sinh học đã được tổng hợp với số lượng lớn, và một số phân tử này đã tiếp tục kết hợp lại với nhau để hình thành nên các cấu trúc lớn hơn và phức tạp hơn.

3. Sao chép

Các mảng hóa chất, dù có hoa văn phức tạp đến đâu, cũng sẽ không phải là sự sống – trừ khi chúng có khả năng tạo ra các bản sao của chính chúng. 

Như chúng ta đã biết, một trong tám đặc điểm tiêu biểu nhất của sự sống đó chính là khả năng sinh sản. Và bí ẩn lớn nhất trong câu chuyện sinh học chính là sự xuất hiện của hệ thống phân tử tự sao chép đầu tiên.

Khoảng 4 tỷ năm trước, Trái Đất đã có cho mình hàng tá các phân tử hữu cơ, hàng tỷ các loại bề mặt khoáng chất lớn nhỏ khác nhau, cùng với hàng trăm triệu năm dài đằng đẵng để “thử và sai”. Lúc này, hầu hết các phân tử “mới ra lò” đều khá nhàm chán và chẳng có nổi một chức năng hữu ích nào.

Tuy vậy, một phần nhỏ các phân tử hữu cơ đang cư ngụ trên bề mặt khoáng chất bắt đầu tạo ra một số các cấu trúc phức tạp hơn, cùng với đó là các khả năng hoàn toàn mới – đó có thể là khả năng liên kết chắc chắn hơn với bề mặt khoáng chất; hoặc chúng có thể thu hút thêm các phân tử khác, thậm chí là tiêu diệt các phân tử cạnh tranh; hoặc có thể là khả năng tự sao chép. Những phát kiến mới này luôn được tự nhiên “tưởng thưởng” một cách xứng đáng – một chỗ đứng vững chắc trên bản đồ thế giới sơ khai – lúc này, sự sống sẽ nhanh chóng lan rộng ra mọi ngóc ngách trên toàn cầu.

Nhưng hãy dừng lại ở đây một chút. Tại sao tự nhiên một tập hợp các phân tử lại có khả năng tự sao chép? Câu trả lời nằm ở hai yếu tố rất quan trọng trong quá trình tiến hóa: biến dị và chọn lọc tự nhiên. 

Bây giờ, bạn hãy cố gắng tưởng tượng ra một thế giới bao gồm hàng tỷ các loại phân tử khác nhau, tất cả đều được tạo thành từ carbon, hydro, oxy và nitơ, có thể có một ít lưu huỳnh hoặc phốt pho. Tuy nhiên, một số phân tử lại bắt đầu trở nên không ổn định và nhanh chóng bị phân hủy—chúng đã bị loại bỏ khỏi cuộc chơi sinh tồn. Những phân tử khác thì lại kết tụ thành những khối hoá chất trơ (không phản ứng), từ đó chúng chỉ đơn giản là trôi nổi hoặc chìm xuống đáy đại dương. Tuy vậy, một số phân tử khác lại rất ổn định, thậm chí chúng còn có thể ổn định hơn nếu chúng có khả năng liên kết với các phân tử cùng loại khác hoặc với một bề mặt khoáng chất đặc biệt hấp dẫn nào đó.

Tiếp theo, các tương tác phân tử đã tiếp tục tinh chỉnh các hỗn hợp hoá học này. Một số nhóm phân tử tiếp tục bám chắc vào bề mặt khoáng chất, từ đó giúp tăng cường khả năng sống sót của chúng. Các phân tử khác thì hoạt động giống như một chất xúc tác – nó có thể cho ra đời các loại hợp chất hoá học hoàn toàn mới bằng cách thúc đẩy sự hình thành liên kết hóa học, hoặc cố gắng tiêu diệt các hợp chất hoá học khác bằng cách phá vỡ các liên kết hóa học của chúng. 

Như vậy, hỗn hợp phân tử này được sàng lọc một cách vô cùng nhanh chóng, nhưng kẻ chiến thắng cuối cùng không chỉ đơn giản là nằm ở việc loại bỏ các đối thủ cạnh tranh hay bám trụ thật chắc trên bề mặt – chúng phải học được cách tự sao chép chính mình.

Thế giới RNA

Ngày nay, có rất nhiều các giả thuyết đã được đưa ra nhằm cố gắng mô tả quá trình hình thành nên các phân tử tự sao chép, đồng nghĩa với “sự trỗi dậy” của các dạng sống đầu tiên. Trong hàng tá các lựa chọn này, một giả thuyết có lẽ được đa số các nhà nghiên cứu ưa chuộng đó chính sự xuất hiện của một thế giới RNA.

Để có thể hiểu tại sao kịch bản này lại trở nên hấp dẫn đến như vậy, chúng ta cần phải lùi lại thêm một bước nữa và suy nghĩ về hai chức năng quan trọng nhất của sự sống: trao đổi chất để sinh tồn và dựa vào cơ chế di truyền để tạo ra các thế hệ sau. Ngày nay, các tế bào hiện đại sử dụng DNA để có thể lưu trữ và sao chép các thông tin cần thiết để tạo ra hàng tá các loại protein, nhưng quá trình này cũng cần có các protein đóng vai trò là chất dẫn đường và xúc tác. Vậy thì cái nào có trước, DNA hay protein? Hóa ra, một loại phân tử thứ ba có tên là RNA, đóng một vai trò rất quan trọng trong cả hai quá trình.

RNA là một loại polymer khá thú vị -một phân tử dài được lắp ráp từ các phân tử nhỏ hơn (được gọi là nucleotide). Bốn “chữ cái” khác nhau, được ký hiệu là A, C, G và U, có thể được sắp xếp theo bất kỳ trình tự nào, từ đó tạo thành một thông điệp được “mã hóa” – tức là mang theo các thông tin di truyền giống như DNA. Đồng thời, RNA có thể gấp lại thành các hình dạng tương đối phức tạp và có khả năng xúc tác cho các phản ứng sinh hoá quan trọng giống hệt như protein. Vì vậy, trong số tất cả các đại phân tử sinh học, RNA dường như là phân tử duy nhất có thể “làm được tất cả mọi thứ”.

Mô hình về một thế giới RNA dựa trên giả định rằng: sau một số cơ chế hóa học chưa được hiểu rõ, một số lượng lớn các chuỗi RNA khác nhau đã được tạo ra. Hầu hết các chuỗi này chẳng có gì là đặc biệt; chúng chỉ đơn giản là “sống vật vờ” hoặc dần dần bị tiêu diệt. Tuy nhiên, một chuỗi RNA lại sở hữu một tính năng rất đặc biệt: chúng có thể gấp lại để trở nên ổn định hơn, hoặc có khả năng bám chắc vào một bề mặt khoáng chất nào đó, hoặc có lẽ chúng đã tiêu diệt đối thủ của mình.

Giả thuyết chính trong mô hình thế giới RNA này là một số chuỗi đã bắt đầu học được thủ thuật tự sao chép. Ý tưởng này không phải là quá xa vời. Xét cho cùng, RNA rất giống với DNA. Hơn nữa, RNA rất dễ bị đột biến. Vì vậy, phân tử RNA tự sao chép đầu tiên – dù sản phẩm cho ra có chất lượng rất kém, cũng sẽ sớm nhận ra rằng nó phải cạnh tranh với rất nhiều các biến thể nhỏ của chính nó – một số có khả năng thực hiện thủ thuật sao chép nhanh hơn một chút hoặc tiêu hao năng lượng ít hơn một chút mà vẫn có được một bản sao như ý. 

Như vậy, phân tử RNA sơ khai này dường như đã đáp ứng các tiêu chí quan trọng của sự sống: một hệ thống có khả năng tự duy trì (sinh sản), đưa ra những sáng kiến mới lạ (biến dị) và trải qua quá trình chọn lọc tự nhiên – các “nhiên liệu” vô cùng cần thiết cho “động cơ” tiến hoá của Darwin.

Có lẽ phải mất một khoảng thời gian rất dài để hệ thống phân tử tự sao chép thô sơ này có thể xuất hiện. Tuy nhiên, vô số các cuộc thử nghiệm đã được tiến hành trên hàng tỷ các loại bề mặt khoáng chất khác nhau trải rộng trên gần 510 triệu km² rất có thể đã rút ngắn khoảng thời gian này đi một chút. Và chỉ một trong số hàng tỷ tỷ các chuỗi phân tử này, tại một nơi nào đó, vào một lúc nào đó, đã học được cách tự sao chép và tiến hóa. Và phát minh này đã làm thay đổi mọi thứ.

Các thí nghiệm của nhà sinh vật học Jack Szostak thuộc Đại học Harvard ở Boston có lẽ đã chứng minh được một phần nào đó của giả thuyết này. Ban đầu, Szostak sử dụng với hỗn hợp bao gồm 100.000 tỷ chuỗi RNA khác nhau. Mỗi chuỗi này sau đó được đặt ra một nhiệm vụ, chẳng hạn như phải liên kết chặt chẽ với một phân tử khác. Sau đó, Szostak trộn lẫn hỗn hợp này với những hạt thủy tinh được phủ một lớp phân tử mục tiêu mà các chuỗi RNA phải liên kết với chúng.

Phần lớn các phân tử RNA đều không phản ứng; chúng không có hình dạng phù hợp để thực hiện việc liên kết. Nhưng một số các RNA đã gấp lại và dính chặt vào các phân tử này. Và đây là lúc cuộc vui bắt đầu. 

Sau khi chọn ra các chuỗi RNA đã hoàn thành nhiệm vụ, Szostak đã sử dụng các công nghệ giúp mô phỏng các quá trình được cho là cơ chế “di truyền sơ khai”, ông đã thu được một mẻ mới bao gồm 100.000 tỷ sợi RNA, nhưng lần này tất cả các sợi đều là những bản sao mang theo ít nhất một đột biến của các sợi ban đầu. Lặp lại các bước trên để thu được một quần thể RNA “hoàn thành nhiệm vụ” mới, nhưng một số biến thể ở thế hệ thứ hai này lại liên kết tốt hơn nhiều so với bất kỳ biến thể nào khác của thế hệ đầu tiên. Lặp lại toàn bộ quá trình thêm vài lần nữa, các sợi RNA thu được liên kết ngày càng tốt hơn cho đến khi chúng có thể “khóa chặt” mục tiêu của mình với năng lượng liên kết rất cao. 

Thí nghiệm này diễn ra trong vòng chưa đầy một tuần, và toàn bộ quá trình này chỉ đơn giản là “thử và sai”. Nếu bạn yêu cầu một nhóm các nhà hóa học xuất sắc nhất thế giới thiết kế một chuỗi RNA có khả năng liên kết như vậy ngay từ đầu, họ sẽ chẳng thể nào hoàn thành nổi: Ngày nay, không có bất cứ phương pháp nào có thể dự đoán chính xác cách một sợi RNA sẽ gấp lại, chứ chưa nói đến vấn đề phải tìm ra một cách để sợi RNA đó có thể gắn chặt vào các phân tử (có hình dạng rất phức tạp) khác.

4. Sự sống bùng nổ

Như vậy, trong môi trường khắc nghiệt của Trái Đất sơ khai, những chuỗi RNA có khả năng tự sao chép nắm giữ rất nhiều lợi thế: Các phân tử tự sao chép này có thể đảm bảo sự tồn tại của mình bằng cách tạo ra các bản sao của chính nó. Hơn nữa, quá trình sao chép ban đầu này chắc chắn sẽ rất lộn xộn; vì vậy, một số bản sao sẽ mang theo những đột biến. Và trong khi hầu hết các đột biến đều kích hoạt nút “tự huỷ” hoặc không mang lại bất kỳ lợi thế đáng kể nào thì một vài cá thể may mắn đã trở nên vượt trội hơn so với cha mẹ của chúng, do đó hệ thống đã bắt đầu tiến hóa. Chỉ cần sao chép ngẫu nhiên vài lỗi phát sinh, phân tử ban đầu hẳn đã sinh ra những cá thể mới có thể chịu đựng được các điều kiện khắc nghiệt hơn về áp suất, nhiệt độ hay độ mặn; hoặc sao chép nhanh hơn; hoặc tìm thấy nguồn thức ăn mới; hoặc tiêu diệt những cá thể kém thích nghi hơn. Những chuỗi RNA nằm trên các bề mặt khoáng chất hoặc trú ẩn bên trong một màng bao bọc an toàn thậm chí còn đạt được những lợi thế lớn hơn nữa.

Do không có các đối thủ cạnh tranh xứng tầm, những phân tử tự sao chép đầu tiên đã nhanh chóng bao trùm hầu hết các vùng đất giàu chất dinh dưỡng nhất của Trái Đất. Tuần này qua tuần khác, 1 sợi RNA sẽ trở thành 2 sợi RNA; 2 trở thành 4, 4 trở thành 8, và cứ thế nhân lên theo cấp số nhân. Với tốc độ này, sẽ mất khoảng nửa năm để Trái Đất có thể nhận được một khối hợp chất bao gồm 100 triệu các phân tử tự sao chép. Sau khoảng 20 tuần nữa, RNA sẽ tiếp tục mở rộng để lấp đầy một cái chén nhỏ. Và sẽ phải mất thêm 20 tuần nữa để tất cả các phân tử này có thể lấp đầy một bồn tắm cỡ lớn.

Không dừng lại ở đây, tiếp tục sau 20 tuần nữa, hàng km dọc theo đường bờ biển có lẽ sẽ bị “ô nhiễm” RNA. Và sau khoảng 2 năm, giả sử rằng một sợi RNA ban đầu cứ nhân đôi một tuần một lần, Trái Đất sẽ sở hữu tới hơn 1.000.000 km³ RNA – đủ để làm tắc nghẽn toàn bộ Địa Trung Hải.

Vì những vi sinh vật nhỏ bé đầu tiên gần như không để lại bất kỳ dấu ấn gì, chúng ta không thể biết chắc sự sống bắt đầu từ khi nào. Một vài loại đá trầm tích cổ xưa nhất của Trái Đất, được hình thành trong môi trường đại dương nông khoảng 3,5 tỷ năm trước, đã lưu giữ lại hóa thạch của những vi sinh vật lâu đời nhất: Đó chính là các stromatolite hình vòm – nơi các quần thể tế bào đã kết tủa từng lớp mỏng trên bề mặt khoáng chất tại các vùng nước nông.

Vậy thì sự sống đã xuất hiện khi nào? Nếu bạn cho rằng sự sống có thể xuất hiện rất dễ dàng trên bất kỳ hành tinh nào thì có lẽ, bạn sẽ ủng hộ giả thuyết về một sinh quyển ổn định vào khoảng 4,4 tỷ năm trước – chỉ trong vòng 150 triệu năm đầu tiên của Trái Đất. Tất cả các “nguyên liệu” cần thiết đã rất sẵn sàng: đại dương và không khí, khoáng chất và năng lượng. Những vụ va chạm dữ dội của các tiểu hành tinh ắt hẳn đã đặt ra rất nhiều các thách thức cho các dạng sống đầu tiên, từ đó có lẽ đã “chọn ra” những tế bào cứng cáp học cách sinh tồn ở những vùng nước nóng nằm sâu dưới đáy đại dương – bên cạnh các lỗ thông hơi thuỷ nhiệt. Thậm chí, sự sống có lẽ đã xuất hiện nhiều hơn một lần trước khi Trái Đất dần dần đi vào quỹ đạo ổn định. 

Mặt khác, nếu bạn cho rằng sự sống là một “phép màu” hiếm có trong vũ trụ, thì niên đại gần 3,5 tỷ năm trước là một câu trả lời hợp lý hơn.

5. Trái Đất chuyển mình

Bất kể sự sống xuất hiện vào thời điểm nào – khoảng 4,4 tỷ năm trước hay 3,8 tỷ năm trước, sự thật vẫn chỉ có một: nó không thể làm biến đổi bề mặt cổ xưa của Trái Đất. Những vi sinh vật đầu tiên này chỉ đơn giản là học được những thủ thuật hóa học sẵn có trên Trái Đất. 

Ngay từ những ngày đầu tiên trong lịch sử của hành tinh này, các phản ứng oxy hóa – khử đã diễn ra ở khắp mọi nơi trên bề mặt của nó. Lý do là bởi mỗi nguyên tử bên trong lớp phủ của Trái Đất có nhiều electron hơn so với mỗi nguyên tử của lớp vỏ. Lúc này, lớp phủ sẽ có tính “khử” (do nhường electron) và bề mặt sẽ có tính “oxy hóa” (do nhận electron). 

Khi chất khử và chất oxy hóa gặp nhau, chẳng hạn như magma và khí đến từ lớp phủ có tính khử xâm nhập vào bề mặt bị oxy hóa trong một vụ phun trào núi lửa, phản ứng này sẽ giải phóng năng lượng. Trong quá trình này, “quyền sở hữu” các electron sẽ được “chuyển nhượng”.

Lớp rỉ sắt, trong đó sắt phản ứng với oxy, là một ví dụ rất quen thuộc về dạng phản ứng này. Sắt chứa rất nhiều electron – đặc biệt hơn nữa, cấu trúc kim loại của sắt còn cho phép electron tự do di chuyển, từ đó tạo thành một “biển electron”. Do đó, sắt là chất khử – sẵn sàng nhường electron. Mặt khác, oxy lại rất “thèm khát” electron, từ đó trở thành một chất oxy hoá rất lý tưởng – luôn muốn nhận thêm electron. Vì vậy, khi sắt gặp oxy, một “giao dịch” electron sẽ nhanh chóng xảy ra: Mỗi nguyên tử sắt sẽ nhường 2 hoặc 3 electron, trong khi mỗi nguyên tử oxy sẽ nhận thêm 2 electron. Kết quả của “giao dịch” này là một hợp chất hóa học mới có tên là oxit sắt (Fe₂O₃), cùng với một chút năng lượng.

4Fe + 3O₂ → 2Fe₂O₃

Tương tự như vậy, rất nhiều các phân tử cấu thành từ cacbon đã được tổng hợp theo cùng một cách, bao gồm metan (CH₄), propan (C₃H₈) và butan (C₄H₁₀). Mặc dù khí oxy lúc này là vô cùng khan hiếm trong bầu khí quyển sơ khai của Trái Đất, nhưng hành tinh này lại có rất nhiều các phân tử “đói” electron khác, bao gồm sunfat (SO₄), nitrat (NO₃), cacbonat (CO₃) và photphat (PO₄).

Trước khi sự sống xuất hiện, các phản ứng oxy hóa – khử diễn ra với tốc độ tương đối chậm. Sau này, những sinh vật sống đầu tiên đã học cách trao đổi electron với tốc độ ngày càng nhanh và sử dụng năng lượng thu được để có thể tồn tại, phát triển và sinh sản. 

Trái Đất chắc hẳn đã tạo ra oxit sắt từ trước, nhưng những sinh vật sống đầu tiên đã tạo ra ra chúng với tốc độ nhanh hơn. Trong quá trình này, sự sống sẽ bắt đầu làm thay đổi môi trường sống trên bề mặt Trái Đất. Các vi sinh vật này khai thác nguồn năng lượng sẵn có dưới dạng sắt khử đang hòa tan trong các đại dương thời Hadean và Archean: chúng sẽ oxy hóa sắt để tạo thành khoáng chất hematit màu đỏ, từ đó giúp chúng có đủ năng lượng để cung cấp cho toàn bộ hệ sinh thái. 

Ngày nay, các sắt dải khổng lồ từ thời Archean có thể dễ dàng được tìm thấy ở Úc, Nam Mỹ và các vùng đất cổ đại khác – bãi chiến trường còn sót lại đến từ một bữa tiệc hoành tráng kéo dài trong hàng chục triệu năm. Và như vậy, sự đồng tiến hóa của thạch quyển và sinh quyển đã chính thức bắt đầu.

Lúc này, rất có thể một số loài vi sinh vật đã học cách sử dụng sắt một cách hiệu quả hơn, hoặc chịu đựng được các điều kiện khắc nghiệt hơn, hoặc khai thác các phản ứng oxy hóa khử mới,…đã có được một lợi thế vô cùng rõ rệt. Do đó, các quần thể vi sinh vật đột biến đã phát minh ra các chất xúc tác mới nhằm thúc đẩy năng suất của các phản ứng tạo năng lượng này. Cuối cùng, kết quả thu được là những gò đá vôi nhỏ và những mỏ oxit sắt khiêm tốn, cùng với sự gia tăng trong quá trình xử lý cacbon, lưu huỳnh, nitơ và phốt pho gần bề mặt. Tuy nhiên, những dạng sống sơ khai này hầu như chỉ bắt chước các phản ứng hóa học đã có từ rất lâu trước đó trên Trái Đất.

6. Một phát kiến mới từ ánh sáng

Ban đầu, những dạng sống sơ khai nhất chỉ dựa vào dòng năng lượng hóa học đến từ các loại khoáng chất – một nguồn năng lượng dồi dào nhưng lại bị giới hạn về mặt địa lý: nếu đi ra quá xa những mỏ đá này, các sinh vật sẽ phải chết. 

Đến một thời điểm nào đó, một vài vi sinh vật đã vượt ra khỏi vai trò là một “chất trung gian” của các phản ứng hóa học “kém hiệu quả” hay “lỗi thời”. Chúng bắt đầu học cách thu thập bức xạ mặt trời, một nguồn năng lượng vô cùng dồi dào và gần như là miễn phí cho tất cả các sinh vật cư trú trên bề mặt ở khắp mọi nơi trên Trái Đất.

Ở dạng cơ bản nhất, quá trình quang hợp sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra năng lượng từ các nguyên liệu thô rất phổ biến như cacbon dioxit, nitơ và nước. Nhưng không giống như quá trình quang hợp hiện đại, những vi sinh vật này không tạo ra oxy. Thay vào đó, các sinh vật này thường tạo thành một lớp váng màu nâu hoặc tím trôi nổi trên mặt nước.

Vào sinh nhật lần thứ 1 tỷ của Trái Đất, sự sống đã thiết lập được một chỗ đứng tương đối vững chắc. Sau đó khoảng 1 tỷ năm nữa, các vi sinh vật sẽ nhẹ nhàng tác động lên môi trường bề mặt bằng cách đẩy nhanh các phản ứng oxy hóa khử và sau đó là quá trình quang hợp sơ khai. Thậm chí, vào sinh nhật lần thứ 2 tỷ, sự sống cũng không đem lại bất kỳ sự thay đổi khoáng vật đáng kể nào. Chúng chỉ đơn giản là tạo ra nhiều oxit sắt hơn, nhiều đá vôi hơn , nhiều sulfat và phosphat hơn. Chúng bồi đắp nên các lớp trầm tích giàu sắt ở dưới đáy đại dương và tạo ra các gò đá ở các vùng nước nông ven biển – những hiện tượng này đã xảy ra trên Trái Đất (và ở các hành tinh khác) từ rất lâu trước khi sự sống xuất hiện.

Nhưng Trái Đất và quần thể vi sinh vật nguyên thủy của nó đã sẵn sàng thực hiện một cuộc chuyển mình ngoạn mục nhất trong lịch sử hành tinh. Trong 1,5 tỷ năm tiếp theo, các vi sinh vật quang hợp sẽ bắt đầu học được một thủ thuật hóa học mới – với sản phẩm cho ra là khí oxy – một loại khí có tính phản ứng và ăn mòn vô cùng cao.