Điều gì xảy ra nếu những dấu hiệu rõ ràng nhất của sự sống trong vũ trụ không nằm trên một hành tinh đơn lẻ, mà ẩn trong các mô hình trải dài trên nhiều thế giới? Thay vì tập trung vào các manh mối riêng biệt, nghiên cứu mới cho rằng các nhà khoa học có thể phát hiện sự sống bằng cách xem xét cách các nhóm hành tinh tương tác và so sánh với nhau. Sự thay đổi này có thể mở ra một hướng đi mới cho ngành sinh học vũ trụ khi các tín hiệu truyền thống trở nên không chắc chắn hoặc gây hiểu nhầm.

Ý tưởng này đến từ nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư đặc bổ nhiệm Harrison B. Smith tại Viện Khoa học Sự sống Trái Đất (ELSI), thuộc Viện Khoa học Tokyo, cùng Phó Giáo sư đặc bổ nhiệm Lana Sinapayen của Viện Sinh học Cơ bản Quốc gia dẫn dắt. Công trình của họ đề xuất một cách tiếp cận rộng hơn để tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất.

Một trong những thách thức chính của lĩnh vực này là xác định liệu các đặc điểm quan sát được trên các hành tinh xa xôi có thực sự chỉ ra sự sống hay không. Các dấu hiệu sinh học phổ biến, như một số loại khí trong khí quyển, cũng có thể được tạo ra bởi các quá trình phi sinh học, dẫn đến kết quả dương tính giả. Các “dấu hiệu công nghệ” (technosignatures) có vẻ rõ ràng hơn, nhưng lại phụ thuộc vào những giả định về cách trí tuệ ngoài hành tinh tiến hóa và hành xử.

Góc nhìn ở cấp độ quần thể

Để giải quyết những vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã khám phá một khái niệm khác. Thay vì tập trung vào từng hành tinh riêng lẻ, họ xem xét liệu sự sống có thể bộc lộ thông qua các tác động tổng hợp trên nhiều thế giới hay không.

Nghiên cứu giới thiệu khái niệm “dấu hiệu sinh học phi giả định” (agnostic biosignature), không phụ thuộc vào hiểu biết chi tiết về cấu trúc hay hóa học của sự sống. Nó dựa trên hai ý tưởng chung: sự sống có thể lan truyền giữa các hành tinh (ví dụ như thuyết “panspermia” – sự sống phát tán trong không gian), và có thể dần dần làm thay đổi môi trường hành tinh.

Sử dụng mô phỏng dựa trên tác tử, nhóm nghiên cứu đã mô hình hóa cách sự sống có thể di chuyển trong các hệ sao và thay đổi đặc tính của các hành tinh. Kết quả cho thấy nếu sự sống lan rộng và ảnh hưởng đến môi trường, nó có thể tạo ra các mối liên hệ thống kê có thể đo lường được giữa vị trí của các hành tinh và đặc điểm của chúng.

Điều quan trọng là những mô hình này có thể xuất hiện ngay cả khi không phát hiện được dấu hiệu sinh học rõ ràng trên bất kỳ hành tinh đơn lẻ nào.

Xác định các hành tinh có khả năng chứa sự sống

Ngoài việc phát hiện dấu hiệu của sự sống, các nhà nghiên cứu còn phát triển một phương pháp để xác định hành tinh nào có khả năng chứa sự sống cao nhất. Bằng cách nhóm các hành tinh theo đặc điểm quan sát được và vị trí của chúng trong không gian, họ xác định được những cụm có khả năng cao đã bị ảnh hưởng bởi sự sống.

Phương pháp này ưu tiên độ tin cậy hơn là tính đầy đủ. Nó nhằm giảm thiểu các kết quả dương tính giả, ngay cả khi có thể bỏ sót một số hành tinh có sự sống. Cách tiếp cận này đặc biệt hữu ích khi thời gian quan sát bằng kính thiên văn để kiểm chứng thêm bị hạn chế.

Harrison B. Smith cho biết: “Bằng cách tập trung vào cách sự sống lan truyền và tương tác với môi trường, chúng ta có thể tìm kiếm nó mà không cần một định nghĩa hoàn hảo hay một tín hiệu duy nhất mang tính quyết định.” Lana Sinapayen bổ sung: “Ngay cả khi sự sống ở nơi khác hoàn toàn khác với sự sống trên Trái Đất, các tác động ở quy mô lớn của nó – như lan rộng và biến đổi các hành tinh – vẫn có thể để lại dấu vết có thể phát hiện. Đó chính là điều khiến cách tiếp cận này trở nên hấp dẫn.”

Những phát hiện này cho thấy các khảo sát trong tương lai quan sát số lượng lớn ngoại hành tinh có thể sử dụng các kỹ thuật thống kê để xác định sự sống trên quy mô quần thể hành tinh. Điều này đặc biệt hữu ích khi các dấu hiệu sinh học riêng lẻ yếu, không chắc chắn hoặc dễ gây nhầm lẫn.

Thách thức và hướng đi tương lai

Nghiên cứu cũng nhấn mạnh nhu cầu hiểu rõ hơn về sự đa dạng tự nhiên của các hành tinh không có sự sống. Việc thiết lập “đường chuẩn” này sẽ giúp dễ dàng nhận ra những thay đổi do hoạt động sinh học gây ra.

Mặc dù kết quả hiện tại dựa trên mô phỏng, chúng cung cấp nền tảng cho một lớp phương pháp phát hiện sự sống hoàn toàn mới. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng những nghiên cứu trong tương lai cần tích hợp dữ liệu hành tinh chi tiết hơn và các mô hình động lực học thiên hà cải tiến. Dù vậy, công trình này cho thấy sự sống có thể được phát hiện mà không cần biết chính xác hóa học của nó, bằng cách nhận diện các mô hình rộng lớn mà nó tạo ra trong vũ trụ.