Sự sống trên Trái Đất thở bằng gì khi chưa có oxygen?

Hàng tỷ năm trước, rất lâu trước khi Trái Đất có oxygen, chất độc arsenic đã là hợp chất mang hơi thở đến cho sự sống trên hành tinh chúng ta.

Ở sa mạc Atacama của Chile có một nơi gọi là Laguna La Brava. Ở đây, các nhà khoa học đang nghiên cứu một dải vi sinh vật quang hợp màu tím đỏ sống trong một hồ nước siêu mặn không bao giờ có oxygen.

Các thảm vi sinh vật La Brava.

Nhà khoa học địa chất Pieter Visscher ở Trường đại học Connecticut, Mỹ, đã nghiên cứu về các thảm vi sinh vật trong suốt 35 năm qua. Ông cho biết đây là hệ thống duy nhất trên Trái Đất có một thảm vi sinh vật sinh sống hoàn toàn không cần đến oxygen.

Các thảm vi sinh vật, đã hóa thạch thành các stromatolite (cấu trúc bồi tụ hóa sinh phân tầng) có rất nhiều trên Trái Đất từ ít nhất 3,5 tỷ năm trước và trong một tỷ năm đầu tiên, chúng không hề có oxygen để quang hợp.

Không ai biết các dạng sự sống này làm thế nào để sống sót qua những điều kiện khắc nghiệt như vậy, nhưng qua tìm hiểu các dạng sống stromatolite và sinh vật ái cực ngày nay, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một số khả năng giúp chúng tồn tại.

Mặc dù sắt, sulphur và hydrogen từ lâu đã được coi là có thể thay thế cho oxygen, nhưng cho đến khi các nhà khoa học khám phá ra mẫu vật chứa arsenic ở hồ Searles và hồ Mono siêu mặn ở California, Mỹ, thì arsenic cũng trở thành một chất trong danh sách thay thế được oxygen.

Kể từ đó, các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy các stromalite ở Tumbiana, Tây Úc, cũng chứng tỏ sử dụng ánh sáng và arsenic đã từng là một phương thức quang hợp vào thời kỳ Tiền Cambri. Nhưng các vi sinh vật không hề sử dụng sắt và sulphur theo cách tương tự.

Năm ngoái, các nhà nghiên cứu cũng lại phát hiện ra một dạng sự sống sinh sôi mạnh mẽ ở Thái Bình Dương và dạng sự sống này cũng hít thở arsenic.

Ngay cả các dạng sự sống ở La Brava rất giống với một vi khuẩn lưu huỳnh tía có tên Ectothiorhodospira sp. mới được tìm thấy gần đây trong một hồ nước giàu arsenic ở Nevada và có vẻ như cũng quang hợp bằng cách oxy hóa hợp chất arsenite thành một dạng khác là arsenate.

Cho dù vẫn cần có thêm các nghiên cứu để khẳng định các vi sinh vật ở La Brava cũng trao đổi chất bằng arsenite, nhưng nghiên cứu ban đầu đã cho thấy nước động xung quanh các thảm vi sinh vật này chứa đầy hydrogen sulphide và arsenic.

Nếu nhận định của các nhà nghiên cứu là chính xác và các vi sinh vật ở La Brava thực sự hít thở arsenic thì các dạng sự sống này chính là những sinh vật đầu tiên thở bằng arsenic trong thảm vi sinh vật hoàn toàn và vĩnh viễn không có oxygen, tương tự như những gì chúng ta giả thiết xảy ra trong môi trường vào thời kỳ Tiền Cambri.

Như vậy, những thảm vi sinh vật này là một mô hình có giá trị để hiểu được một số dạng sự sống cổ xưa nhất trên hành tinh chúng ta. Nếu kết quả nghiên cứu này là đúng thì chúng ta cần mở rộng tìm kiếm các dạng sự sống ở nhiều nơi khác nữa. Chẳng hạn như khi tìm kiếm bằng chứng của sự sống trên sao Hỏa, các nhà khoa học sẽ tìm kiếm sắt và có thể là cả arsenic nữa. Và như vậy arsenic không còn chỉ là một chất độc.