Khám Phá Nguồn Gốc Oxy Trên Trái Đất: Những Bí Ẩn Đằng Sau Sự Sống

Trái Đất đã trải qua hàng tỷ năm hình thành và phát triển, trong đó vai trò của oxy là vô cùng quan trọng. Hàng tỷ năm trước, những hiện tượng tự nhiên như sự vỡ vụn của thạch anh đã tạo điều kiện cho vi sinh vật quang hợp phát triển, từ đó sản sinh ra một lượng oxy lớn cho khí quyển. Sự phát triển này không chỉ là một thành tựu của tự nhiên, mà còn là nền tảng cho sự tồn tại của sự sống như chúng ta thấy ngày nay.

Thạch anh là dạng khoáng chất silicate phổ biến nhất. (Ảnh: Inverse).

Động đất và các quá trình địa chất khác đã tạo ra điều kiện thuận lợi cho các phản ứng hóa học sản xuất oxy, ảnh hưởng đến sự tiến hóa của các sinh vật đầu tiên trên hành tinh này. Các nhà nghiên cứu tại Đại học California, San Diego đã thực hiện các thí nghiệm, trong đó họ nghiền nát thạch anh và cho nó tiếp xúc với nước trong môi trường tương tự như điều kiện trên Trái Đất trước khi oxy tăng lên. Họ chọn thạch anh vì đây là một khoáng chất silicate đơn giản và phổ biến nhất.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện rằng các tinh thể vỡ trên bề mặt thạch anh có khả năng phản ứng với nước để tạo thành phân tử oxy cùng với nhiều hợp chất oxy khác như hydrogen peroxide. Những phân tử này, hay còn gọi là gốc tự do, rất quan trọng trong quá trình tiến hóa ban đầu vì chúng có thể gây hại cho ADN và các thành phần khác trong tế bào, theo nhà nghiên cứu Timothy Lyons từ Đại học California, Riverside. Ông lý giải rằng sự sống có thể đã phát triển các enzyme từ rất sớm để đối phó với những tác động bất lợi từ gốc tự do.

Trong tự nhiên, thạch anh và một số khoáng chất silicate có khả năng bị tác động bởi động đất, xói mòn hoặc di chuyển của băng. Những khoáng chất này có thể tương tác với nước, dẫn đến việc sản sinh ra oxy. Các nghiên cứu cho thấy rằng chỉ riêng quá trình địa chấn có thể tạo ra một lượng hydrogen peroxide gấp 100 tỷ lần so với phản ứng trong khí quyển, mở ra một nguồn oxy tiềm năng khác.

Các thích nghi với nguồn oxy từ hoạt động địa chấn có thể đã giúp một số sinh vật sống sót qua những thay đổi lớn trong điều kiện hóa học trên Trái Đất, đi kèm với Thảm họa oxy. Các nhà nghiên cứu cho biết rằng những quá trình địa chất tương tự cũng xảy ra trên những hành tinh khác, như cát bão trên sao Hỏa hoặc những biến động thủy triều trên mặt trăng Enceladus của sao Thổ, cũng có thể tạo ra oxy.

Hiện nay, oxy chiếm khoảng 20% khí quyển Trái Đất, chủ yếu nhờ vào các hoạt động quang hợp của thực vật và vi sinh vật. Trước khi nồng độ oxy tăng vọt trong sự kiện Thảm họa oxy cách đây 2,3 – 2,4 tỷ năm, thì khí quyển chỉ chứa một lượng nhỏ oxy.