Một thí nghiệm hóa học mới do tàu thăm dò Curiosity của NASA thực hiện trên bề mặt Sao Hỏa đã lần đầu tiên tiết lộ nhiều loại phân tử hữu cơ phong phú trên một hành tinh khác, bao gồm các thành phần chính có liên quan chặt chẽ đến nguồn gốc sự sống trên Trái đất. Phát hiện này cho thấy vật liệu bề mặt trên Sao Hỏa có khả năng bảo quản chất hữu cơ phức tạp trong thời gian dài, cung cấp manh mối quan trọng để đánh giá khả năng sinh sống trong quá khứ của Sao Hỏa và đặt nền móng cho các sứ mệnh tìm kiếm dấu vết sự sống cổ xưa trong tương lai.


Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Amy Williams, giáo sư địa chất tại Đại học Florida và là thành viên của nhóm khoa học Curiosity và Perseverance. Williams, người cho biết nhóm nghiên cứu tin rằng chất hữu cơ được phát hiện có thể đã được bảo tồn trên sao Hỏa trong khoảng 3,5 tỷ năm. "Nếu chúng ta muốn tìm bằng chứng về sự sống được bảo tồn dưới dạng carbon hữu cơ trên Sao Hỏa, trước tiên chúng ta phải xác nhận liệu chất hữu cơ cổ xưa có thể được bảo tồn lâu dài trong môi trường đó hay không, và kết quả này cho thấy đây là có thể." Cô chỉ ra rằng điều này đặc biệt quan trọng để đánh giá liệu môi trường sao Hỏa cổ đại có phù hợp cho sự sống sót của vi sinh vật hay không.

"Curiosity" đã hạ cánh xuống miệng núi lửa Gale vào năm 2012. Mục tiêu khoa học chính của nó là xác định xem sao Hỏa có môi trường phù hợp cho sự tồn tại của vi sinh vật hàng tỷ năm trước hay không. "Perseverance", sẽ đến Sao Hỏa vào năm 2021, tập trung trực tiếp hơn vào việc tìm kiếm dấu vết của sự sống cổ xưa. Các kết quả mới được công bố lần này dựa trên các thí nghiệm do Curiosity thực hiện tại khu vực có tên "Glen Torridon" ở miệng núi lửa Gale. Khu vực này rất giàu khoáng chất đất sét hình thành trong môi trường nước và được coi là nơi hứa hẹn nhất để thu giữ và bảo tồn các phân tử hữu cơ.

Theo một bài báo đăng trên tạp chí Nature Communications, thí nghiệm đã xác định được hơn 20 loại hóa chất khác nhau, bao gồm cả các phân tử hữu cơ chứa nitơ có cấu trúc tương tự như các hợp chất liên quan đến việc xây dựng các phân tử giống DNA. Những cấu trúc như vậy chưa bao giờ được phát hiện trên sao Hỏa trước đây. Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn phát hiện ra các phân tử hữu cơ lớn chứa lưu huỳnh như benzothiophene. Các hợp chất hai vòng này thường được vận chuyển đến bề mặt các hành tinh thông qua các thiên thạch trong giai đoạn đầu của quá trình tiến hóa hành tinh và được coi là một trong những "gói nguyên liệu thô" quan trọng tạo nên tiền thân của sự sống.

Williams đã chỉ ra rằng các thiên thạch rơi xuống Sao Hỏa và Trái đất đã trải qua quá trình làm giàu tương tự trong thời kỳ sơ khai của hệ mặt trời. “Lô vật chất rơi xuống Trái đất và có thể là nền tảng khởi đầu cho sự sống cũng đã đổ bộ lên Sao Hỏa.” Điều này có nghĩa là, ít nhất ở cấp độ nguyên liệu hóa học thô, Sao Hỏa và Trái đất có một số điểm chung trong những ngày đầu tồn tại. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng các thí nghiệm hiện tại vẫn chưa thể trả lời liệu những chất hữu cơ này có nguồn gốc từ các hoạt động sống cổ xưa, các quá trình địa chất hay do thiên thạch lạ xâm nhập vào, nhưng họ khẳng định lớp vỏ nông của Sao Hỏa có khả năng bảo tồn các phân tử hữu cơ phức tạp.

Công việc này dựa trên bộ công cụ khoa học Lấy mẫu và Phân tích Sao Hỏa (SAM), do nhà sinh vật học vũ trụ Jennifer Eigenbrode thuộc Trung tâm Bay Không gian Goddard của NASA và những người khác chỉ đạo. Curiosity sử dụng thuốc thử hóa học có tên TMAH trong phòng thí nghiệm trên tàu để phá vỡ các phân tử hữu cơ lớn trong các mẫu đá thành những mảnh nhỏ hơn để phân tích bằng thiết bị SAM. Vì tổng lượng TMAH mà Curiosity mang theo chỉ khoảng hai cốc nên nhóm nghiên cứu khoa học phải sớm lựa chọn cẩn thận vị trí khoan tốt nhất trong sứ mệnh nhằm tối đa hóa lợi nhuận khoa học.

Mẫu thử nghiệm được lấy từ bột đá do Curiosity khoan tại địa điểm Mary Anning. Địa điểm này, được đặt theo tên của nhà cổ sinh vật học người Anh thế kỷ 19 Mary Anning, được coi là một trong những hồ sơ tiêu biểu nhất về trầm tích hồ cổ ở miệng núi lửa Gale. Các cuộc khảo sát địa chất và khoáng vật học trước đây đã chỉ ra rằng nước lỏng từng tồn tại ở đây và trầm tích rất giàu khoáng sét, mang lại “sự an toàn tự nhiên” để thu giữ và niêm phong các phân tử hữu cơ. Các kết quả thí nghiệm mới nhất chứng minh thêm rằng loại khu vực giàu đất sét này có nhiều khả năng lưu giữ những câu chuyện hóa học và thậm chí sinh học quan trọng đã xảy ra trên Sao Hỏa.

Nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng mặc dù chất hữu cơ được tìm thấy rất gần với một số thành phần chính của sự sống trên Trái đất nhưng khả năng phân tích không khí hiện tại không thể đưa ra kết luận rõ ràng liệu chúng có phải được tạo ra bởi các quá trình sinh học hay không. Để khẳng định “đặc điểm sinh học” thực sự, vẫn cần phải đưa các mẫu đá sao Hỏa về Trái đất và tiến hành nhận dạng toàn diện đa cấp độ các đồng vị, cấu trúc phân tử và hình thái vi mô trong các điều kiện thí nghiệm phức tạp và phức tạp hơn. Điều này cũng rất phù hợp với khái niệm "Trả lại mẫu sao Hỏa" hiện tại: tàu quỹ đạo và tên lửa bay lên sẽ cố gắng trả lại các mẫu được "Curiosity" và "Perseverance" lưu trữ trong phòng thí nghiệm Trái đất trong các sứ mệnh trong tương lai.

Sự thành công của thí nghiệm TMAH này không chỉ định hình lại hiểu biết của cộng đồng khoa học về khả năng bảo tồn môi trường bề mặt của Sao Hỏa mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến việc thiết kế các kế hoạch thử nghiệm cho các sứ mệnh không gian sâu trong tương lai. Bài báo chỉ ra rằng sứ mệnh thám hiểm sao Hỏa "Rosalind Franklin" của châu Âu và sứ mệnh "Dragonfly" tới mặt trăng Titan của Sao Thổ dự kiến ​​sẽ sử dụng các kỹ thuật phân tích và bẻ khóa hóa học tương tự để tìm kiếm một cách có hệ thống các chất hữu cơ phức tạp trên nhiều thiên thể hơn. Theo quan điểm của Williams, “Bây giờ chúng ta biết rằng một lượng lớn chất hữu cơ phức tạp được bảo tồn ở tầng ngầm nông của Sao Hỏa, điều này mang lại triển vọng rất đáng khích lệ cho việc tìm kiếm trong tương lai các phân tử hữu cơ lớn có thể trực tiếp chỉ ra sự tồn tại của sự sống.”

Mặc dù vẫn chưa có câu trả lời cho câu hỏi cơ bản về việc liệu Sao Hỏa có từng chứa đựng sự sống hay không, nhưng phát hiện này của Curiosity chứng minh rằng môi trường cổ xưa của Sao Hỏa rất giàu tài nguyên hóa học hữu cơ và những tài nguyên này có thể bị khóa trong đá và khoáng sét theo thang thời gian địa chất. Khi các máy thám hiểm tiếp theo tiếp tục khoan mẫu ở miệng núi lửa Gale và các khu vực mục tiêu khác, kết hợp với hoạt động thăm dò trầm tích đồng bằng ở miệng núi lửa Jezero của Perseverance, con người được kỳ vọng sẽ đưa ra câu trả lời rõ ràng hơn nhiều về “khả năng tồn tại sự sống” trên Sao Hỏa trong vài thập kỷ tới so với hiện tại.