Hàng tỷ năm trước, trên Trái đất sơ khai, các hợp chất hữu cơ đơn giản đã được kết hợp thành các tổ chức phức tạp có khả năng sinh trưởng và sinh sản. Chúng là sự sống đầu tiên trên Trái đất, và đã phát triển thành hàng tỷ loài tồn tại trên hành tinh kể từ đó.
Vào thời điểm đó, Trái đất hầu như không có thứ mà chúng ta nghĩ là hỗ trợ sự sống. Hoạt động của núi lửa phổ biến khắp hành tinh trẻ và bầu khí quyển quá khắc nghiệt. Vậy sự sống bắt đầu từ đâu trên Trái đất?
Những nhu cầu cơ bản của tất cả các dạng sống là gì?
Để tìm ra cái nôi của sự sống, trước tiên cần phải hiểu những nhu cầu cơ bản của tất cả các dạng sống. Các hợp chất cần thiết cho sự sống bao gồm hydro, mêtan, nitơ, carbon dioxide, phốt phát và amoniac. Để các chất này tương tác và phản ứng với nhau, cần có dung môi: nước. Và để phát triển và sinh sản, tất cả các dạng sống đều cần năng lượng.
Các dạng sống được chia thành hai nhánh: sinh vật tự dưỡng, chẳng hạn như thực vật, tự sản xuất năng lượng và sinh vật dị dưỡng, chẳng hạn như động vật, tiêu thụ năng lượng của các sinh vật khác. Không có sinh vật nào khác để tiêu thụ, các dạng sống sớm nhất phải là sinh vật tự dưỡng, lấy năng lượng từ mặt trời hoặc các gradient hóa học.
Vậy ở đâu trên Trái đất đáp ứng được điều đó?
Những nơi trên đất liền hoặc gần mực nước biển có lợi thế tiếp cận với ánh sáng mặt trời. Nhưng vào thời điểm sự sống xuất hiện, tia UV trên bề mặt Trái đất quá khắc nghiệt để tồn tại. Một nơi khác tránh được bức xạ này và cung cấp một nguồn năng lượng thay thế: các miệng phun thủy nhiệt thổi qua đáy đại dương, bị bao phủ bởi hàng km nước biển và chìm trong bóng tối hoàn toàn.
Các lỗ phun thủy nhiệt là các khe nứt trong vỏ Trái đất, qua đó nước biển thấm vào các khoang chứa magma và bị đẩy ngược ra ngoài ở nhiệt độ cao, cùng với một lượng lớn khoáng chất và các hợp chất hóa học đơn giản. . Năng lượng chủ yếu tập trung vào gradien hóa học dốc của các miệng phun thủy nhiệt.
Tổ tiên của Cuộc sống: LUCA
Các bằng chứng khác cũng chỉ ra các lỗ phun thủy nhiệt: Tổ tiên chung gần nhất của sự sống, nói ngắn gọn là LUCA. LUCA không phải là dạng sống đầu tiên, nhưng là dấu vết dễ theo dõi nhất mà chúng ta có thể theo dõi. Chúng ta thậm chí không biết LUCA là như thế nào – không có hóa thạch LUCA nào, không có LUCA nào tồn tại cho đến ngày nay, thay vào đó, các nhà khoa học đã xác định được gen có trong nhiều loài sinh vật ở cả ba dạng sống chính ngày nay. Vì các loài và dạng sống đều có chung gen này, nên chúng phải có nguồn gốc từ một tổ tiên chung. Những gen được chia sẻ này cho chúng ta biết rằng LUCA sống trong một môi trường nóng, không có oxy và lấy năng lượng của nó từ các gradient hóa học như được tìm thấy trong các miệng phun thủy nhiệt.
Có hai loại lỗ thông thuỷ nhiệt: khí khổng đen và khí khổng trắng. Khí khổng đen thải ra nước có tính axit, giàu khí cacbonic, đun nóng đến hàng trăm độ giàu lưu huỳnh, sắt, đồng và các chất cần thiết cho sự sống. Nhưng giờ đây, các nhà khoa học tin rằng nó quá nóng đối với LUCA – vì vậy ứng cử viên tốt nhất cho cái nôi của sự sống là khí khổng trắng.
Trong số các khí khổng trắng, các khu vực có lỗ thông hơi thủy nhiệt ở vùng núi giữa Đại Tây Dương, được gọi là Thành phố đã mất, là ứng cử viên tốt nhất cho cái nôi của sự sống. Nước biển ở đây rất kiềm và không có carbon dioxide, nhưng nó rất giàu khí metan và có nhiệt độ dễ chịu hơn. Hố khí đen lân cận có thể đã góp phần tạo ra sự sống carbon dioxide cần thiết để phát triển mạnh mẽ ở Lost City, cung cấp tất cả sự hỗ trợ cho các dạng sống đầu tiên mà sau đó, đáng ngạc nhiên là đã phát triển thành sự sống đa dạng trên Trái đất ngày nay.