10 tỷ vi sinh vật sống trên mỗi cm khối trong đá dưới đáy biển: Phát hiện khiến khả năng có sự sống trên Sao Hỏa tăng vọt

Khi một hệ sinh thái phong phú đã được xác nhận ở những nơi mà người ta cho rằng có rất ít sự sống – vì nhiệt độ thấp và ít nguồn năng lượng – thì hy vọng rằng Sao Hỏa, nơi có môi trường tương tự, cũng sẽ có sự sống đã tăng cao.

Trên bề mặt Trái đất, lớp vỏ đại dương phía trên chủ yếu bao gồm dung nham bazan. Nó đã liên tục được tạo ra trong xấp xỉ 3,8 tỷ năm, tạo thành một trong những khu vực sinh sống lớn nhất trên Trái đất. Tuy nhiên, bản chất của đời sống vi sinh vật nằm sâu trong lớp vỏ đại dương vẫn chưa được hiểu rõ, đặc biệt là nơi đá bazan bị làm lạnh sau khi phun trào, đã tương tác với nước biển bên dưới các lớp trầm tích.

Những tảng đá này có những vết nứt nhỏ với chiều rộng dưới 1 mm trong quá trình làm lạnh và đông cứng nhanh. Người ta suy đoán rằng phản ứng với đá có thể cung cấp đủ năng lượng cho các vi sinh vật tồn tại.

Nhưng mặt khác, đá bazan, đã được làm lạnh và đông cứng trong hơn 10 triệu năm kể từ khi hình thành, đã gần như không còn năng lượng. Vì vậy, các nhà khoa học chưa bao giờ nghĩ rằng cuộc sống ở đây sẽ phong phú. Ngoài ra, do các trầm tích được lắng đọng dày đặc dưới đáy biển và rất khó điều tra, nên tình hình thực tế vẫn chưa được làm rõ.

Nhưng một nhóm nghiên cứu do Phó giáo sư Yohei Suzuki thuộc Khoa Khoa học Trái đất và Hành tinh, Đại học Tokyo, đã tham gia Chương trình khoan đại dương tích hợp (IODP). Đây là chương trình do Nhật Bản và Mỹ phối hợp tổ chức từ năm 2003 đến 2013, để khoan đáy biển ở Nam Thái Bình Dương. Các mẫu đá bazan được lấy từ các khối đá có tuổi từ 33,5 triệu tới 140 triệu năm trước, bên dưới đáy biển khoảng 122 m.

Yohei Suzuki.

Các mẫu vật này không được khai quật gần một miệng phun thủy nhiệt – một khe nứt trên bề mặt một hành tinh, tạo ra một vùng nước được hâm nóng bởi địa nhiệt – nơi đã xác nhận rằng tồn tại một hệ sinh thái phong phú. Do đó người ta tin rằng các mẫu vật này hầu như không có khả năng tìm thấy các tế bào vi khuẩn.

Ngoài ra, để phòng ngừa, Suzuki đã khử trùng bề mặt mẫu bằng phương pháp rửa nước biển nhân tạo và đốt ngay lập tức để tránh nó bị ô nhiễm bởi các sinh vật bên ngoài.

“Điều này giống như làm sushi nướng”, ông Suzuki giải thích về kỹ thuật này.

Nhóm nghiên cứu của Suzuki sau đó đã phát triển một phương pháp điều tra bên trong các lớp đá cắt lát, lấy cảm hứng từ ý tưởng bác sĩ cắt mẫu mô trên cơ thể của bệnh nhân và thực hiện sinh thiết. Bằng cách hóa rắn một mảnh đá mỏng bằng một loại nhựa đặc biệt, họ đã thành công trong việc quan sát các vi sinh vật sống trong các vết nứt có chiều rộng dưới 1 mm như thế nào.

Và sau khi đo số lượng tế bào vi khuẩn trong mẫu, họ nhận thấy rằng có tới khoảng 10 tỷ tế bào trên mỗi cm khối đá. Đây là mật độ tương tự như trong ruột của con người. Mặt khác, so sánh với số lượng tế bào trong lớp bùn lắng đọng dưới đáy biển chỉ nhiều nhất vào khoảng 100 trên một cm khối, chúng ta có thể thấy sự khác biệt và đông đúc của các vi sinh vật sống trong đá.

Trong hình ảnh dưới đây, phần màu cam là “khoáng vật sét” kéo dài trong khe nứt bazan. Ngoài ra, phần màu xanh lá cây là phần mà DNA của vi sinh vật, đã được nhuộm màu để phân biệt.

(Khoáng vật sét là các loại khoáng vật được hình thành trong tự nhiên từ các quá trình phong hóa tại chỗ các khoáng vật silicat và nhôm silicat của đá mácma và đá biến chất, hoặc được hình thành từ sản phẩm phong hóa trôi dạt đến các khu vực lắng đọng để tạo thành trầm tích.)

Hơn nữa, khi phân tích như DNA và lipid của các vi sinh vật, các nhà khoa học phát hiện sự thống trị của vi khuẩn dị dưỡng, cho thấy sự hiện diện của các nguồn chất hữu cơ.

“Các vết nứt trên đá dường như là môi trường tốt cho sự sống. Khoáng vật sét là vật liệu kỳ diệu và nếu có khoáng vật sét ở bất cứ nơi nào trên trái đất, các sinh vật sống sẽ sống ở đó”, ông Suzuki cho biết. Ông giải thích rằng các chất giàu dinh dưỡng trong khoáng vật sét hình thành trong đá đã hỗ trợ hệ sinh thái đáy biển sâu.

Ngoài đáy Trái đất, bề mặt của Sao Hỏa cũng được làm từ đá bazan và các quan sát gần đây cũng tiết lộ rằng “có nước ngay dưới bề mặt Sao Hỏa”.

“Các điều kiện ở Sao Hỏa và biển sâu của Trái đất là như nhau, chẳng hạn như nhiệt độ thấp, độ mặn vừa phải, giàu chất sắt, bazan trung tính đến hơi kiềm… “, nhà khoa học này chỉ ra sự tương đồng giữa đá dưới đáy biển và môi trường trên Sao Hỏa.

Nhóm nghiên cứu của ông Suzuki đang lên kế hoạch điều tra các tảng đá được thu thập từ Sao Hỏa, thu được bởi tàu thăm dò Sao Hỏa của NASA.