Mình ăn ba bữa một ngày là chuyện bình thường, bỏ một bữa là đã thấy "xập xệ" rồi đúng không? Thế mà nhìn những cây cối xung quanh, cứ đứng một chỗ mà vẫn lớn tốt um tùm, chẳng cần đi kiếm ăn gì cả. Vậy mà chúng vẫn sống khỏe re!
Câu hỏi đặt ra là: cây cối "ăn" gì mà lại chọn một loại khí chỉ chiếm có 0,04% trong không khí làm thức ăn chính?
Nghe thì hơi lạ đó nha! Không khí mình hít thở hằng ngày có hơn 70% là nitơ, khoảng 20% là oxy. Còn carbon dioxide (CO2) thì chỉ chiếm một tỷ lệ bé xíu, kiểu như một giọt mực trong hồ bơi ấy. Vậy mà cây lại "ngoảnh mặt" với hai ông lớn nitơ và oxy để chọn CO2 làm nguyên liệu chính. Nghe weird phết nhưng khi hiểu câu chuyện từ thời "Trái Đất còn trẻ" thì mọi thứ sẽ rõ ràng hơn đấy!
Hồi xưa lắm lắm, kiểu vài tỷ năm trước, bầu khí quyển Trái Đất toàn là CO2 luôn á! Lúc đó những sinh vật quang hợp đầu tiên như vi khuẩn lam chẳng có nhiều lựa chọn, vì xung quanh toàn CO2 dày đặc như "súp" vậy. Nên việc dùng CO2 là option dễ nhất và khả thi nhất để tạo năng lượng rồi xây dựng các chất hữu cơ. Sau hàng tỷ năm, lựa chọn này đã trở thành nền móng cho sự sống phát triển luôn!
CO2 có cấu trúc khá đơn giản: một nguyên tử carbon nắm tay hai nguyên tử oxy. Nghe đơn giản nhưng lại là điểm mạnh đấy! CO2 ổn định vừa phải, không kén chọn, cũng không phản ứng quá nhanh. Khi gặp ánh sáng Mặt Trời
, phân tử này có thể tách ra và lắp ráp lại thành các hợp chất hữu cơ phức tạp hơn, giống như chơi Lego vậy! Carbon chính là "khung xương" tạo nên đường, tinh bột, protein, chất béo và cả DNA. Nói cách khác, ai có carbon là có tất cả! 
Vậy tại sao không dùng oxy hoặc nitơ? Câu trả lời ngắn gọn mà dễ hiểu nha!
Oxy thì quá "máu lửa" – phản ứng cực nhanh và mạnh, kiểu như ngọn lửa muốn đốt cháy hết mọi thứ ấy. Dùng oxy để xây dựng phân tử hữu cơ phức tạp thì giống như dùng bật lửa để xây nhà gỗ vậy – chưa kịp xây xong đã cháy rồi! Thực ra cây còn phải "xử lý" lượng oxy nó tự tạo ra trong quá trình quang hợp để khỏi tự hại mình nữa cơ.
Còn nitơ thì ngược lại, quá "lì lợm"! Hai nguyên tử nitơ nắm chặt nhau bằng liên kết ba siêu chắc, muốn phá vỡ thì tốn năng lượng vô cùng. Thời sơ khai chưa có sinh vật nào đủ "buff" để xử lý được nitơ cả. Mãi về sau mới có một số vi khuẩn xuất hiện enzyme nitrogenase đủ sức phá liên kết này. Vì thế nitơ không thể là nguyên liệu ban đầu được!
Giữa oxy quá "nóng tính" và nitơ quá "cứng đầu", CO2 chính là lựa chọn "vừa vặn" nhất! Nó đủ ổn định để không phá hỏng mọi thứ, nhưng cũng đủ linh hoạt để biến đổi khi cần. Đúng chuẩn "goldilocks zone" luôn!
Khi đã chọn xong CO2, hệ sinh học tiến hóa theo hướng tối ưu hóa việc khai thác loại khí này. Cây cối phát triển lục lạp – một "nhà máy sản xuất" siêu tinh vi để tận dụng ánh sáng Mặt Trời và CO2.
Trung tâm của nhà máy này là enzyme Rubisco – một "nhân viên" nổi tiếng vì làm việc không hiệu quả lắm nhưng lại không thể thiếu . Rubisco có nhiệm vụ bắt giữ CO2 rồi gắn nó vào phân tử đường để tạo ra glucose và hàng trăm hợp chất hữu cơ khác.
Tuy nhiên, Rubisco đôi khi "lú" và nhầm oxy với CO2, dẫn đến hiện tượng hô hấp sáng làm giảm hiệu suất. Nhưng suốt hàng triệu năm, cây không thể đuổi việc Rubisco mà chỉ tìm cách giúp nó làm việc tốt hơn thôi. Một số loài phát triển cơ chế tập trung CO2 như thực vật C4 hay CAM, giúp tăng năng suất quang hợp ngay cả khi điều kiện khắc nghiệt!
Hiện giờ, mọi sinh vật trên Trái Đất – từ cây cỏ đến động vật – đều phụ thuộc vào carbon mà cây cố định được qua quang hợp. Ngay cả nước, yếu tố quan trọng thứ hai, cũng chỉ đóng vai trò "phụ" thôi. Phần "khung sườn" chính của vật chất hữu cơ vẫn là CO2!
Thiếu nước thì quang hợp dừng. Nhưng thiếu CO2 thì quá trình này mất luôn mục tiêu cốt lõi! Đó là lý do CO2 được coi là "bản thiết kế", là "khung thép" để xây dựng sự sống hữu cơ.
Và cũng vì thế, quyết định tiến hóa chọn CO2 đã trở thành con đường không thể quay đầu. Muốn đổi lựa chọn này thì phải "code lại" toàn bộ cách vận hành của sự sống – một việc gần như mission impossible!
Ngày nay, từ oxy mình hít thở đến mọi thứ ăn uống như trái cây, rau củ, gỗ, vải cotton hay các phân tử tạo nên tế bào người, tất cả đều xuất phát từ CO2 mà cây hấp thụ và biến đổi. Mình không nhìn thấy CO2 bằng mắt thường, nhưng chính nó là nền tảng vô hình nuôi dưỡng toàn bộ sự sống trên hành tinh này!
Nguồn: genk.vn