Chúng ta cần hai thành phần để sự sống có thể phát triển trên một hành tinh: đất khô và nước (ngọt). Nói đúng ra, nước không nhất thiết phải là nước ngọt, nhưng nước ngọt chỉ có thể có ở vùng đất khô. Chỉ khi đáp ứng được hai điều kiện đó, bạn mới có thể chuyển đổi các khối xây dựng nên tiền đề của sự sống, axit amin và axit nucleic hình thành sự sống vi khuẩn hữu hình, báo trước sự bắt đầu của chu kỳ tiến hóa.
Sự sống lâu đời nhất trên Trái đất còn sót lại trong hồ sơ đá bị phân mảnh của chúng ta là 3,5 tỷ năm tuổi, với một số dữ liệu hóa học cho thấy nó thậm chí có thể có niên đại lên tới 3,8 tỷ năm. Các nhà khoa học đã đưa ra giả thuyết rằng sự sống có thể còn lâu đời hơn, nhưng chúng ta không có ghi chép nào về trường hợp đó.
Nước và đất: Bản chất của cuộc sống
Hãy tưởng tượng bạn bước vào cỗ máy thời gian và quay trở lại 4 tỷ năm trước. Khi đồng hồ quay số dừng lại, bạn nhìn ra ngoài và thấy một đại dương rộng lớn xung quanh mình. Không phải màu xanh lam như bạn biết mà là màu nâu chứa sắt và các khoáng chất hòa tan khác. Bạn nhìn lên bầu trời và thấy nó có màu cam đậm, với khói carbon dioxide và những tia sáng thường xuyên từ các thiên thạch bay tới. Không thể sống được.
Đây là những gì các nhà khoa học nghĩ rằng Trái đất trông giống như 4 tỷ năm trước. Nhưng đã làm được? Ngay khi bạn từ bỏ mọi hy vọng về cuộc sống, bạn nhận ra nó ở phía chân trời: đất liền. Đưa cỗ máy thời gian vào chế độ du hành, bạn bay ngang qua vùng đá nổi rộng lớn này và chạm xuống.
Ngay khi bạn từ bỏ mọi hy vọng về cuộc sống, bạn nhận ra nó ở phía chân trời: đất liền. Đưa cỗ máy thời gian vào chế độ du hành, bạn bay ngang qua vùng đá nổi rộng lớn này và chạm xuống. Bạn nhanh chóng nhận ra mình đã bước lên một hòn đảo núi lửa, với dung nham phun trào khắp hai bên sườn của nó. Nhưng bạn cũng cảm thấy những giọt mưa rơi trên mũi mình và bạn thấy nước tích tụ thành những vũng nhỏ dưới chân núi lửa. Hãy thận trọng khum tay lại và nếm thử… nó tươi ngon. Bằng chứng đầu tiên có nước ngọt trên Trái đất, ít nhất là 4 tỷ năm trước. Nước ngọt và đất nổi đi đôi với nhau. Nếu tất cả đất đai đều ở dưới nước thì bạn chỉ có thể có nước biển mặn. Nguyên nhân là do nước mặn muốn xâm lấn vào đất liền, hiện tượng này được gọi là nước biển xâm nhập.
Vì vậy, nếu bạn tìm thấy nước ngọt, bạn phải có đất khô—và diện tích đất đó khá rộng mới là điều kiện hợp lý để chúng ta hình dung tới một hành trình tiến hoá và thay đổi.
Vậy làm thế nào chúng ta biết có nước ngọt và đất trên Trái đất lúc nó còn sơ khai?
Nước ngọt rất khác với nước biển. Rõ ràng, bạn có thể nói, nhưng làm sao bạn biết liệu một hoặc cả hai có hiện diện trên Trái đất hay không nếu bạn thực sự không thể quay ngược lại trong cỗ máy thời gian? Câu trả lời nằm trong bản ghi đá và các tín hiệu hóa học được bảo tồn trong viên nang thời gian đó. Trái đất hơn 4,5 tỷ năm tuổi một chút và những tảng đá lâu đời nhất mà các nhà khoa học tìm thấy cũng chỉ hơn 4 tỷ năm một chút.
Để thực sự hiểu hành tinh của chúng ta trong 500 triệu năm đầu tiên, chúng ta phải chuyển sang các tinh thể từng đến từ những tảng đá già hơn và cuối cùng lắng đọng trong những tảng đá trẻ hơn. Không giống như đá, những tinh thể được bảo tồn lâu đời nhất có niên đại khoảng 4,4 tỷ năm. Và phần lớn những tinh thể siêu cổ này đến từ một nơi trên Trái đất: Jack Hills ở vùng Trung Tây Tây Úc.
Điều này khá quan trọng, vì trong suốt hàng tỷ năm, rất nhiều quá trình sau này có thể xóa tín hiệu hóa học cơ bản khi các tinh thể hình thành lần đầu tiên. Hầu hết các loại khoáng chất khác dễ biến đổi hơn nhiều, một quá trình sẽ xóa bỏ thành phần hóa học ban đầu của chúng và không cung cấp cho chúng ta manh mối về quá khứ sâu xa của Trái đất.
Những hạt thực sự cổ xưa
Công việc của chúng tôi cho thấy khoảng 10% trong số tất cả các tinh thể mà chúng tôi phân tích có niên đại hơn 4 tỷ năm. Con số đó có vẻ nhỏ nhưng đó là một lượng ngũ cốc siêu già rất lớn so với những nơi khác trên thế giới.
Để tìm hiểu xem liệu những hạt này có giữ kỷ lục về nước ngọt hay không, chúng tôi đã sử dụng những chùm ion cực nhỏ trên những hạt zircon có niên đại này để đo tỷ lệ giữa oxy nặng hơn và oxy nhẹ hơn. Tỷ lệ này, được gọi là tỷ lệ đồng vị oxy, được cho là gần như không đổi theo thời gian đối với nước biển, nhưng nhẹ hơn nhiều đối với nước ngọt.
Dễ thấy, một phần nhỏ tinh thể zircon từ 4 tỷ năm trước có dấu hiệu rất nhẹ chỉ có thể hình thành từ sự tương tác giữa nước ngọt và đá.
Zircon có khả năng chống lại sự thay đổi cực kỳ cao. Để zircon của Jack Hills có được dấu hiệu oxy nhẹ này, đá bị biến đổi bởi nước ngọt phải tan chảy và sau đó đông cứng lại để truyền dấu hiệu đồng vị oxy nhẹ vào zircon của chúng ta.
Như vậy, nước ngọt phải có mặt trên Trái đất trước cả 4 tỷ năm trước.
Liệu sự sống có bắt đầu sớm như vậy trong lịch sử Trái đất hay không là một câu hỏi mà chúng ta vẫn chưa thể chắc chắn. Nhưng ít nhất chúng ta đã tìm thấy bằng chứng về cái nôi của sự sống trên Trái đất khoảng trước 4 tỷ năm trước – cực kỳ sớm trong lịch sử 4,5 tỷ năm của hành tinh chúng ta.
