Nghiên cứu, công bố trên Science Advances, tập trung vào quá trình chuyển hóa của những dạng sống sơ khai cách đây khoảng 4 tỷ năm. Nhóm nghiên cứu phân tích bộ gene, cấu trúc protein và toàn bộ mạng lưới gồm 420 phản ứng hóa học tạo nên các thành phần thiết yếu như axit amin, các base của RNA và vitamin.
Điểm bất ngờ nằm ở các enzyme. Dù nhiều phản ứng chuyển hóa rất cổ xưa và được bảo tồn ở các dạng sống hiện nay, những enzyme thực hiện chúng lại không giống nhau giữa hai nhánh lớn của sự sống không có nhân tế bào là vi khuẩn (Bacteria) và cổ khuẩn (Archaea).
Theo nhóm nghiên cứu, tổ tiên chung cuối cùng của mọi tế bào, thường gọi là LUCA, có thể chỉ sở hữu enzyme cho khoảng một nửa số phản ứng chuyển hóa. Phần còn lại có thể được xúc tác bởi các kim loại tự nhiên trong môi trường, đặc biệt quanh các miệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương.
Điều này gợi ý một kịch bản khác với hình dung truyền thống về sự tiến hóa: hóa học vô cơ của Trái Đất sơ khai có thể đã đóng vai trò như “bộ máy enzyme” đầu tiên.
Ban đầu, các phản ứng chủ yếu dựa vào kim loại. Sau đó, enzyme dần xuất hiện và cùng hoạt động với các chất xúc tác vô cơ. Khi vi khuẩn và cổ khuẩn tách thành hai dòng tiến hóa riêng, mỗi dòng tiếp tục phát triển những enzyme riêng để thay thế các chất xúc tác có sẵn trong môi trường.
Các nhà khoa học tìm thấy những trường hợp vi khuẩn và cổ khuẩn dường như đã độc lập phát triển những enzyme có cấu trúc khác nhau nhưng thực hiện cùng một nhiệm vụ chuyển hóa.
Sự “phát minh song song” này có thể đã giúp mỗi dòng thoát khỏi sự phụ thuộc vào môi trường miệng phun thủy nhiệt và trở thành những tế bào sống tự do.
Nhóm nghiên cứu phát hiện phosphite, một dạng phospho có thể tồn tại trong môi trường miệng phun thủy nhiệt, có thể phản ứng với các hợp chất hữu cơ khi có palladium, một kim loại tự nhiên, để tạo ra các phản ứng phosphoryl hóa liên quan đến chuyển hóa.
Từ 420 phản ứng hóa học, nhóm nghiên cứu còn xây dựng một phương pháp toán học để sắp xếp chúng từ đơn giản đến phức tạp, qua đó tái dựng phần nào trình tự hình thành của mạng lưới chuyển hóa sơ khai.
Kết quả chưa phải là lời giải cuối cùng cho nguồn gốc sự sống. Tuy nhiên, nó mở ra một cách nhìn mới: vi khuẩn và cổ khuẩn có thể không cùng nhau thực hiện một lần duy nhất bước chuyển thành sự sống tự do.
Hai dòng tiến hóa có thể đã tự mình vượt qua bước ngoặt đó. Nói cách khác, Trái Đất có thể chỉ có một nguồn gốc của mã di truyền, nhưng đã chứng kiến hai lần sự sống thoát khỏi cái nôi hóa học ban đầu để trở thành những tế bào sống tự do.
