Trong nhiều thập kỷ, các nhà thiên văn đã đối mặt với một thách thức âm thầm nhưng dai dẳng. Chiến lược phổ biến để tìm sự sống ngoài Trái Đất là phân tích khí quyển của các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời (exoplanet), tìm kiếm các loại khí như oxy, methane hay ozone — những chất khó có thể tồn tại nếu không có sự sống.

Ý tưởng này khá hợp lý, nhưng có một hạn chế lớn: toàn bộ “danh sách kiểm tra” này đều dựa trên Trái Đất. Điều đó đồng nghĩa với việc chúng ta đang tìm kiếm những dạng sống giống với chính mình.

Trong khi đó, ngày càng có nhiều cách mà các quá trình hóa học phi sinh học có thể tạo ra những loại khí được xem là “dấu hiệu sinh học”. Mỗi trường hợp “dương tính giả” mới lại đòi hỏi thêm dữ liệu để loại trừ, khiến giới khoa học đặt câu hỏi liệu chúng ta có bao giờ thu thập đủ thông tin để chắc chắn hay không. Dù đã có hơn 60 năm nghiên cứu về sinh học vũ trụ, cách tiếp cận này hầu như không thay đổi.

Lý thuyết Assembly: cách tiếp cận mới để phát hiện sự sống

Lý thuyết Assembly đề xuất một hướng đi khác: không tập trung vào việc phân tử là gì, mà là chúng được hình thành khó đến mức nào.

Theo đó, mỗi phân tử được gán một “chỉ số lắp ráp” (assembly index), thể hiện số bước tối thiểu cần thiết để tạo ra nó từ các thành phần hóa học đơn giản. Những phân tử đơn giản có thể hình thành ngẫu nhiên, nhưng các phân tử cực kỳ phức tạp — cần nhiều bước — rất khó xuất hiện nếu không có một quá trình chọn lọc nào đó.

Nếu một khí quyển chứa nhiều phân tử rất khó hình thành một cách ngẫu nhiên, và các phân tử này có liên kết hóa học chặt chẽ (ví dụ chia sẻ và tái sử dụng các mảnh cấu trúc trong nhiều tổ hợp liên kết khác nhau), thì có thể đang tồn tại một quá trình vượt ra ngoài hóa học thông thường. Theo lý thuyết này, quá trình đó rất có khả năng là sự sống.

Điểm quan trọng là lý thuyết này không giả định sự sống phải như thế nào. Nó không yêu cầu kiểu trao đổi chất, sinh hóa hay cấu trúc phân tử cụ thể. Nói cách khác, nó “trung lập” với mọi dạng sống — chỉ ra nơi có thể tồn tại sự sống, chứ không định nghĩa nó.

So sánh độ phức tạp khí quyển giữa các hành tinh

Khi so sánh khí quyển Trái Đất với Sao Kim, Sao Hỏa và các kiểu hành tinh ngoài hệ khác, khí quyển Trái Đất nổi bật là phức tạp nhất theo thước đo này, bất kể sai lệch quan sát.

Dù Trái Đất và Sao Kim có sự đa dạng liên kết hóa học tương tự, khí quyển Trái Đất chứa nhiều phân tử đa dạng hơn ở cùng một ngưỡng mật độ. Điều này cho thấy sinh quyển Trái Đất cho phép khám phá các khả năng hóa học phong phú hơn nhiều so với Sao Kim.

Ứng dụng trong các sứ mệnh tương lai

Khuôn khổ này đang được phát triển để phục vụ Habitable Worlds Observatory — kính thiên văn chủ lực tiếp theo của NASA, được thiết kế để chụp ảnh trực tiếp các hành tinh giống Trái Đất và tìm kiếm dấu hiệu sự sống trong khí quyển của chúng.

Thay vì chỉ đưa ra kết luận “có” hoặc “không” sự sống, lý thuyết Assembly sẽ tạo ra một thang điểm độ phức tạp, xếp các hành tinh trên một phổ từ hoàn toàn vô sinh đến giàu sinh học. Cách tiếp cận này có thể nắm bắt được sự chuyển tiếp dần dần giữa hai trạng thái, thay vì buộc phải phân chia rạch ròi.

Có thể đo lường trực tiếp

Không giống nhiều mô hình lý thuyết khác, phương pháp này có thể đo lường trực tiếp. Các giá trị “assembly” có thể được tính toán từ quang phổ hồng ngoại — kỹ thuật mà các kính thiên văn không gian đang sử dụng để phân tích khí quyển các hành tinh xa.

Vũ trụ đã có gần 14 tỷ năm để “thử nghiệm” hóa học. Việc cho rằng chỉ có một con đường duy nhất dẫn đến sự sống, như trên Trái Đất, có lẽ là một cách nhìn quá “Trái Đất trung tâm”.