Các nhà khoa học của NASA đã tìm thấy bằng chứng cho thấy các cấu trúc giống tế bào được gọi là túi có thể phát triển tự nhiên trong các hồ trên mặt trăng Titan của Sao Thổ.
Titan nổi bật là nơi duy nhất trong hệ Mặt Trời, ngoài Trái Đất, có chất lỏng ổn định trên bề mặt. Tuy nhiên, các hồ và biển này không được tạo thành từ nước. Thay vào đó, chúng chứa đầy các hydrocarbon lỏng, chẳng hạn như etan và metan.
Trên Trái Đất, sự hiện diện của nước lỏng được coi là yếu tố then chốt cho sự xuất hiện của sự sống như chúng ta đã biết. Điều này khiến nhiều nhà sinh vật học vũ trụ đặt câu hỏi liệu môi trường giàu hydrocarbon của Titan có cho phép sự hình thành các phân tử thiết yếu của sự sống hay không - cho sự sống ở dạng quen thuộc với chúng ta, hoặc ở dạng hoàn toàn khác.
Các túi khí hình thành như thế nào trong môi trường Trái Đất
Một nghiên cứu gần đây của NASA, được công bố trên Tạp chí Sinh học Vũ trụ Quốc tế , mô tả một cách thức tiềm năng để các túi ổn định phát triển trên Titan, dựa trên kiến thức hiện có về thành phần hóa học và khí quyển của vệ tinh này. Việc tạo ra những cấu trúc khép kín này được coi là một bước quan trọng hướng tới việc tạo ra các khối xây dựng của tế bào sống (hay còn gọi là nguyên bào).
Huygens đã chụp được hình ảnh vệ tinh Titan từ trên cao ở độ cao 33.000 feet. Nguồn: ESA/NASA/JPL/Đại học Arizona.
Cơ chế được đề xuất tập trung vào các phân tử được gọi là amphiphile, có khả năng tự sắp xếp thành các túi trong những điều kiện nhất định. Trên Trái Đất, các phân tử phân cực này bao gồm hai phần riêng biệt: một đầu kỵ nước (đẩy nước) và một đầu ưa nước (hút nước). Trong môi trường nước, chúng có thể tụ lại thành hình cầu tương tự như bong bóng xà phòng. Trong những quả cầu này, các đầu ưa nước hướng ra ngoài để tương tác với nước xung quanh, trong khi các đầu kỵ nước được che chắn bên trong. Trong những điều kiện thích hợp, hai lớp như vậy có thể xếp thẳng hàng để tạo thành màng kép, tạo ra một quả cầu giống như tế bào, giữ lại một giọt nước bên trong.
Đối với Titan, các nhà nghiên cứu phải điều chỉnh khái niệm này cho phù hợp với môi trường khác biệt đáng kể so với điều kiện trên Trái Đất thời kỳ đầu.
Titan, vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ và lớn thứ hai trong hệ mặt trời, là vệ tinh duy nhất có bầu khí quyển dày đặc và đáng kể.
Trong nhiều thế kỷ, lớp sương mù vàng dày đặc của Titan đã che khuất bề mặt của nó và khiến nhiều điều về nó vẫn còn là ẩn số. Điều này đã thay đổi vào năm 2004, khi tàu vũ trụ Cassini của NASA đi vào hệ thống Sao Thổ, làm thay đổi đáng kể hiểu biết khoa học về mặt trăng này.
Thời tiết phức tạp và hóa học hữu cơ trên Titan
Tàu Cassini tiết lộ rằng Titan trải qua một hệ thống thời tiết năng động, tiếp tục định hình bề mặt của nó cho đến ngày nay. Khí quyển chủ yếu bao gồm nitơ, với một tỷ lệ đáng kể mêtan (CH₄). Mêtan này ngưng tụ thành mây và tạo ra mưa, rơi xuống bề mặt, tạo thành các rãnh sông và góp phần gây xói mòn trước khi tích tụ trong các hồ và biển. Dưới ánh sáng mặt trời, chất lỏng bốc hơi trở lại khí quyển, tạo thành mây một lần nữa.
Một ý tưởng của họa sĩ về cơ chế đề xuất hình thành túi khí trên Titan. (1) Các hồ và biển mêtan trên bề mặt Titan được phủ một lớp màng amphiphile. (2) Những giọt mưa mêtan bắn tung tóe xuống mặt hồ. (3) Những giọt nước bắn tung tóe tạo thành một màn sương các giọt nước được phủ trong cùng một lớp màng. (4) Các giọt nước lắng xuống hồ và chìm xuống, được phủ một lớp kép, sau đó trở thành túi khí. Nguồn: Christian Mayer (Đại học Duisburg-Essen) và Conor Nixon (NASA Goddard).
Chu trình khí tượng này cũng thúc đẩy các phản ứng hóa học phức tạp. Năng lượng mặt trời phá vỡ các phân tử như mê-tan, và các mảnh vỡ kết quả tái hợp thành các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn. Nhiều nhà sinh vật học vũ trụ cho rằng những quá trình này có thể cung cấp những hiểu biết giá trị về cách các phân tử thiết yếu cho sự sống bắt nguồn và phát triển trên Trái Đất sơ khai.
Nghiên cứu mới xem xét cách các túi có thể hình thành trong điều kiện đóng băng của các hồ và biển hydrocarbon trên Titan bằng cách tập trung vào các giọt nước biển phun lên do mưa bắn tung tóe. Trên Titan, cả các giọt nước biển và bề mặt biển đều có thể được phủ bởi các lớp amphiphile. Nếu một giọt nước rơi xuống mặt ao, hai lớp amphiphile sẽ gặp nhau để tạo thành một túi hai lớp (hoặc hai lớp), bao bọc lấy giọt nước ban đầu. Theo thời gian, nhiều túi này sẽ phân tán khắp ao và tương tác, cạnh tranh trong một quá trình tiến hóa có thể dẫn đến các nguyên bào nguyên thủy.
Hồ hydrocarbon và mây mưa mê-tan trên Titan. Ảnh: Jenny McElligott/eMITS.
Ý nghĩa của việc hiểu nguồn gốc sự sống
Nếu con đường được đề xuất này xảy ra, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về các điều kiện mà sự sống có thể hình thành.
"Sự tồn tại của bất kỳ túi nào trên Titan sẽ chứng minh sự gia tăng về trật tự và độ phức tạp, vốn là những điều kiện cần thiết cho nguồn gốc sự sống", Conor Nixon thuộc Trung tâm Bay Không gian Goddard của NASA tại Greenbelt, Maryland, giải thích. "Chúng tôi rất hào hứng với những ý tưởng mới này vì chúng có thể mở ra những hướng đi mới trong nghiên cứu Titan và có thể thay đổi cách chúng ta tìm kiếm sự sống trên Titan trong tương lai."
Sứ mệnh đầu tiên của NASA tới Titan là tàu cánh quạt Dragonfly sắp ra mắt, sẽ khám phá bề mặt vệ tinh của Sao Thổ. Mặc dù các hồ và biển trên Titan không phải là điểm đến của Dragonfly (và sứ mệnh này sẽ không mang theo thiết bị tán xạ ánh sáng cần thiết để phát hiện các túi khí như vậy), sứ mệnh này sẽ bay từ vị trí này sang vị trí khác để nghiên cứu thành phần bề mặt của vệ tinh, thực hiện các phép đo khí quyển và địa vật lý, và mô tả khả năng sinh sống của môi trường Titan.
Tài liệu tham khảo: “Một cơ chế được đề xuất cho sự hình thành các cấu trúc giống tế bào nguyên sinh trên Titan” của Christian Mayer và Conor A. Nixon, ngày 10 tháng 7 năm 2025, Tạp chí Quốc tế về Sinh học vũ trụ.
Nguồn: scitechdaily
