Môi trường có độ mặn cực kỳ cao, lạnh giá và gần như không có oxy nằm phía dưới lớp băng vĩnh cửu của dòng suối Lost Hammer (trên đảo Axel Heiberg thuộc vùng Nunavut) ở High Arctic (tức chỉ các phần lãnh thổ nằm trong vòng Bắc Cực) của Canada tương tự như môi trường ở một số nơi nhất định trên Sao Hỏa. Vì thế, nếu bạn muốn biết thêm về các loại dạng sống mà có thể đã từng tồn tại - hoặc vẫn đang tồn tại - trên Sao Hỏa thì đây là một nơi tuyệt vời để tìm hiểu.
Sau nhiều cuộc thăm dò được thực hiện trong những điều kiện cực kỳ khó khăn thì giờ đây, các nhà nghiên cứu tới từ Đại học McGill (ở thành phố Montréal, Canada) đã tìm thấy các loài vi sinh vật chưa từng được biết tới trước đây. Hơn nữa, nhờ việc áp dụng kỹ thuật gen hiện đại mà các nhà nghiên cứu đã có được sự hiểu biết sâu sắc về quá trình trao đổi chất của các loài vi sinh vật này.
Trong một bài báo được công bố trên ISME (một loại tạp chí đa ngành được bình duyệt về lĩnh vực sinh thái của vi sinh vật) gần đây, lần đầu tiên các nhà khoa học đã chứng minh được rằng các cộng đồng vi sinh vật được tìm thấy ở vùng High Arctic của Canada, trong điều kiện tương tự như trên Sao Hỏa, có thể tồn tại nhờ việc ăn và thở bằng các loại hợp chất vô cơ đơn giản mà loại này cũng đã từng được phát hiện trên Sao Hỏa (như metan, sunfua, sunfat, carbon monoxide và carbon dioxide). Khám phá này được chú ý tới mức mà các mẫu trầm tích lấy từ bề mặt Lost Hammer đã được Cơ quan Không gian Châu Âu (ESA) chọn lọc để làm mẫu thí nghiệm kiểm tra cho khả năng phát hiện sự sống của các thiết bị mà ESA định sử dụng trong Sứ mệnh ExoMars (tìm kiếm bằng chứng về sự sống trên Sao Hỏa) tiếp theo.
Xây dựng một bản thiết kế về sự sống trên Sao Hỏa
Lost Hammer là một trong những dòng suối trên mặt đất lạnh nhất và mặn nhất từng được biết cho tới nay. Nước chảy qua lớp băng vĩnh cửu dày 600m lên bề mặt có độ mặn cực kỳ cao (xấp xỉ 24%), quanh năm nhiệt độ luôn dưới 0 độ F (khoảng −5 độ C) và hầu như không chứa oxy (nồng độ oxy hòa tan dưới 1ppm hay 1 mg/l). Chính nồng độ muối rất cao là nguyên nhân khiến cho dòng suối Lost Hammer không bị đóng băng, do vậy có thể duy trì được môi trường sống ở dạng lỏng ngay cả khi nhiệt độ dưới mức 0. Những điều kiện như thế này cũng tương tự được tìm thấy ở một số nơi nhất định trên Sao Hỏa, nơi có nhiều mỏ muối và các dòng suối lạnh nước mặn ở đó đã được quan sát thấy. Và trong khi các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra bằng chứng về sự có mặt của các loài vi sinh vật trong môi trường tương tự như Sao Hỏa thì nghiên cứu này là một trong số rất ít nghiên cứu cho thấy chúng còn sống và vẫn đang hoạt động.
Để hiểu rõ được dạng sống nào có thể tồn tại trên Sao Hỏa thì một nhóm nghiên cứu tới từ Đại học McGill do giáo sư Lyle Whyte thuộc Khoa Khoa học Tài nguyên Thiên nhiên dẫn đầu, đã sử dụng các công cụ gen hiện đại và các phương pháp vi sinh đơn bào nhằm để xác định và mô tả đặc điểm của một cộng đồng vi sinh vật hoạt động mạnh mẽ mới được tìm thấy trong dòng suối độc đáo này. Tuy nhiên, việc tìm kiếm các loài vi sinh vật này và sau đó xác định trình tự ADN và mARN (ARN thông tin) của chúng không phải là một nhiệm vụ dễ dàng.
Cần một dạng sống đặc biệt để tồn tại được trong những điều kiện khó khăn
Elisse Magnuson - một nghiên cứu sinh thuộc phòng thí nghiệm của Whyte cũng là tác giả chính của bài báo này giải thích: “Chúng tôi phải mất vài năm nghiên cứu lớp trầm tích này trước khi có thể thành công phát hiện sự sinh trưởng của các cộng đồng vi sinh vật trong đó. Chính độ mặn của môi trường đã xúc tác cho cả quá trình chiết xuất lẫn sắp xếp trình tự của chúng, vì vậy khi có thể tìm thấy bằng chứng về điều này thì chúng tôi cảm thấy rất hài lòng.”
Nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân lập và giải trình tự ADN của cộng đồng vi sinh vật được tìm thấy tại dòng suối Lost Hammer, điều này cho phép họ tái tạo bộ gen từ khoảng 110 loài và hầu hết trong số đó chưa từng được nhìn thấy trước đây. Những bộ gen này giúp cho nhóm nghiên cứu có thể xác định cách mà những loài tương tự tồn tại và phát triển trong môi trường khắc nghiệt độc đáo như ở Lost Hammer, đồng thời chúng đóng vai trò như bản thiết kế cho các dạng sống tiềm năng ở môi trường tương tự. Thông qua việc giải trình tự mARN, nhóm nghiên cứu có thể tìm thấy các gen hoạt động trong bộ gen này và về cơ bản có thể xác định được một số vi sinh vật đặc biệt mà có hoạt động trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ trong một môi trường khắc nghiệt như ở dòng suối Lost Hammer.
Không cần vật chất hữu cơ để duy trì sự sống
Whyte cho biết thêm: “Các loài vi sinh vật mà chúng tôi tìm thấy và mô tả tại dòng suối Lost Hammer rất khác lạ vì không giống như vi sinh vật khác, chúng không phụ thuộc vào vật chất hữu cơ hoặc oxy để sống. Thay vào đó, chúng tồn tại bằng cách ăn và thở bằng các hợp chất vô cơ đơn giản như metan, sunfua, sunfat, carbon monoxide và carbon dioxide - tất cả hợp chất này đều được tìm thấy trên Sao Hỏa. Ngoài ra, các loài này cũng có thể cố định khí carbon dioxide và nitơ từ khí quyển (biến CO2, N2 trong không khí thành dạng hợp chất có thể tiêu thụ được). Chính tất cả đặc điểm đó đã khiến cho chúng có khả năng thích nghi cao để tồn tại và phát triển trong những môi trường rất khắc nghiệt trên Trái Đất và hơn thế nữa.”
Các bước tiếp theo cần thực hiện trong nghiên cứu này là nuôi cấy và mô tả thêm đặc điểm của những loài chiếm số lượng đông đảo và hoạt động mạnh mẽ nhất trong hệ vi sinh thái kỳ lạ này nhằm để hiểu rõ hơn lý do tại sao và làm thế nào mà chúng có thể sinh trưởng mạnh mẽ trong điều kiện giá lạnh, độ mặn cao và ẩm ướt của Lost Hammer. Các nhà nghiên cứu hy vọng rằng điều này sẽ có thể giúp lý giải về sự có mặt thú vị nhưng đầy bí ẩn của các đồng vị lưu huỳnh và carbon thu được gần đây từ miệng núi lửa Gale trên Sao Hỏa bằng thiết bị thăm dò Curiosity của NASA .
Hồng Anh
Theo phys.org
