Buzz
Những phát hiện độc đáo của các nhà khoa học tại hạt nhân khô cằn của sa mạc Nam Mỹ này?
Miền đất cằn cỗi nổi tiếng từ lâu đã bị 'bỏ đi' như một vùng hoang, nơi gần như không có sự sống. Tuy nhiên, đối với những nhà nghiên cứu, nơi này ẩn chứa một 'kho tàng đặc biệt', vô cùng quý giá!
Nó là gì?
SỰ SỐNG KỲ DIỆU TRONG LÒNG ĐẤT CẰN CỐI CỦA ATACAMA
Rất dễ hiểu tại sao 'Người tiên tri của tiến hóa' Charles Darwin, hơn một thế kỷ trước, đã gọi sa mạc Atacama ở phía bắc Chile là 'vùng không có sự sống'.
Dù một số nguồn nước hiếm hoi giúp duy trì sự sống cho một vài loài thực vật, trong suốt hơn một thế kỷ, hầu hết các nhà khoa học đều chấp nhận quan điểm của Charles Darwin rằng ở phần khô cằn nhất của sa mạc Atacama, được biết đến là lõi siêu khô, ngay cả các loài sinh vật cực kỳ bền bỉ cũng không thể tồn tại lâu!
Nhưng có lẽ Charles Darwin đã sai và đó chính là lý do Gómez-Silva ở đây.
Dậy sớm trước lúc bình minh để chống lại cái nóng gay gắt nhất trong ngày, sau đó lái xe về phía nam dọc theo Dãy núi Bờ biển của Chile, đoàn khoa học rẽ vào đất liền về phía lõi khô cằn của sa mạc Atacama. Tại đây, Gómez-Silva - Nhà nghiên cứu vi sinh vật của Đại học Antofagasta (Chile) sẽ tìm kiếm một loại nấm cực nhỏ mà ông hy vọng có thể phân lập và phát triển trong phòng thí nghiệm của mình. Chúng là thứ mà đối với những người làm khoa học như ông, còn quý và hiếm hơn lithium hay bất kỳ kim loại khác.
Nhà khoa học Gómez-Silva (đội mũ) đang thu thập đá muối tại lõi khô cằn của sa mạc (Ảnh: Lindzi Wessel)
Mặc dù biết rằng đang ở nơi khô hạn nhất trên Trái Đất, Gómez-Silva tin rằng có nước ẩn trong những tảng đá muối xung quanh. Giống như lọ đựng muối trong nhà bếp có thể hút ẩm trong thời tiết ẩm ướt, đá muối ở Atacama cũng hút một lượng nhỏ hơi ẩm từ sương mù đại dương vào ban đêm. Đây chính là nơi mà vi sinh vật tìm kiếm để ẩn náu.
Khi độ ẩm và ánh sáng Mặt Trời xuất hiện cùng nhau, các loài vi sinh này bắt đầu quang hợp và phát triển cộng đồng của chúng.
Gómez-Silva là một trong những nhà khoa học quyết tâm khám phá các vi sinh vật sống trong sa mạc lâu đời nhất thế giới, nơi mà khô cằn đã tồn tại kể từ thời kỳ khủng long cuối kỷ Jura cách đây khoảng 150 triệu năm.
Bất kỳ sinh vật nào cố gắng tồn tại ở đây đều phải đương đầu với một loạt thách thức khắc nghiệt - bao gồm cả thiếu nước, bức xạ mặt trời mạnh mẽ, nồng độ cao của các chất độc hại, và sự khan hiếm của các chất dinh dưỡng quan trọng cho sự sống.
Tuy nhiên, mặc cho những thách thức đó, các sinh vật nhỏ bé vẫn tồn tại và phát triển, và các nhà nghiên cứu như Gómez-Silva cho biết có rất nhiều điều mà khoa học còn phải học từ chúng.
'Việc khám phá và chứng minh khả năng sống bền bỉ của những sinh vật nhỏ bé ở sa mạc Atacama là một phần quan trọng trong việc thay đổi cách nhìn của chúng ta về nơi này, từ một khu vực được biết đến với việc khai thác các khoáng sản quý hơn bao giờ hết. Chúng tôi tin rằng Atacama nên được xem xét như một điểm đến để mô tả các loại sinh vật mới lạ trên Trái Đất, từ đó giúp khoa học phát triển công nghệ sinh học mới, đồng thời giải đáp những câu hỏi về nguồn gốc của sự sống và cung cấp hướng dẫn cho chúng ta trong việc tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác'.
ATACAMA - NƠI ĐẶT RA THÁCH THỨC ĐỐI VỚI SỰ SỐNG TRÊN HÀNH TINH
Atacama nằm dọc theo bờ biển Nam Mỹ với chiều dài khoảng 966 km, nằm gần dãy núi Andes và bên cạnh Thái Bình Dương của Chile. Với diện tích tương đương với Cuba, sa mạc Atacama là một trong những nơi đặt ra nhiều thách thức nhất đối với sự sống trên Trái Đất.
Atacama không chỉ là một trong những sa mạc cao nhất trên trái đất mà còn là nơi có điều kiện khô cằn nhất. Nhiều khu vực trong sa mạc này chỉ nhận được vài milimét mưa mỗi năm, nếu có. Thành phố Arica của sa mạc Atacama, gần biên giới với Peru, đã ghi nhận kỷ lục về đợt khô dài nhất thế giới - các nhà nghiên cứu tin rằng không có một giọt mưa nào rơi xuống khu vực này trong hơn 14 năm vào đầu những năm 1900.
Sa mạc Atacama được mệnh danh là 'hành tinh đỏ trên Trái Đất' (Ảnh: Internet)
Nếu không có nước, ít loài sinh vật có thể tồn tại: Tế bào sẽ co lại, protein sẽ phân hủy và các thành phần của tế bào không thể di chuyển.
Khí quyển ở độ cao lớn của sa mạc không thể ngăn chặn được tác động của tia cực tím từ Mặt Trời. Và việc thiếu nước không chỉ để lại kim loại quý cho các công ty khai thác, mà còn gây ra sự hạn chế trong việc phân phối chất dinh dưỡng qua hệ sinh thái, cũng như sự pha loãng của các chất độc hại.
Các thung lũng nước trong sa mạc - thường là các hốc đất sâu theo mùa được cung cấp bởi các dòng sông ngầm - thường chứa đựng nồng độ cao của muối, kim loại và các nguyên tố, bao gồm cả arsenic, gây độc cho nhiều loài sinh vật.
Nhìn thấy điều kiện như vậy trong chuyến thám hiểm Atacama vào những năm 1850 theo lệnh của chính phủ Chile, ngay cả nhà tự nhiên học người Đức - Chile Rodulfo Philippi cũng phải thốt lên rằng: Thứ quý giá nhất của Atacama không phải là việc khai thác khoáng sản!
Atacama không chỉ là nơi khai thác khoáng sản nổi tiếng, mà còn là điểm đến mơ ước của Chile. Nơi này có một lượng lớn kali nitrat - một loại nitrat được sử dụng trong phân bón và chất nổ, được biết đến như 'vàng trắng' vì nhu cầu toàn cầu vào thế kỷ 19.
Bên cạnh kali nitrat, việc khai thác khoáng sản vẫn rất sôi động ở Atacama. Hiện nay, Chile là quốc gia hàng đầu thế giới về xuất khẩu đồng, lithium, bạc và sắt, cùng với nhiều kim loại và khoáng sản quý khác.
Khai thác mỏ có lịch sử lâu dài tại Atacama và ngày nay sa mạc này là nguồn cung cấp lithium chính, cùng với các kim loại khác. Ảnh chụp từ trên cao vào năm 2018 cho thấy hoạt động khai thác lithium trong các hồ muối của sa mạc.
Khai thác khoáng sản đã tạo ra dấu ấn đặc biệt trên sa mạc Atacama. Từ không gian, Salar de Atacama, một bãi muối lớn gấp 4 lần kích thước của New York, hiển thị các mỏ liti như những chấm sáng trên bề mặt sa mạc khô cằn. Các mỏ vàng và đồng xuất hiện như những vết sẹo trên mặt đất.
Ở mặt đất, không khó để tìm thấy các di tích lịch sử của việc khai phá khoáng sản. Gần nơi Gómez-Silver thu thập đá muối ở vùng Yungay, có một nghĩa trang với các ngôi mộ từ thế kỷ 19 đến giữa thế kỷ 20. Đây là nơi nghỉ của các công nhân mỏ muối và gia đình của họ.
'KHOÁNG SẢN ĐẶC BIỆT' CỦA CÁC NHÀ KHOA HỌC
Du khách đứng trên bãi muối ở sa mạc Atacama (Nguồn: Internet)
Atacama đội lên những chiến lược sinh tồn sáng tạo, thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học về cách cuộc sống có thể đã thay đổi theo thời gian.
Vào năm 2010, một nhóm nghiên cứu tại Chile đưa ra thông tin về việc phát hiện một loại vi khuẩn mới sống ngoài sương bám trên các sợi mạng nhện trong một hang động ở Atacama gần biển, nơi mà điều kiện thuận lợi cho việc hấp thụ sương mù vào buổi sáng sớm. Dunaliella, một loại tảo đơn bào màu xanh lá cây, là loài đầu tiên trong chi của nó được phát hiện sống bên ngoài môi trường nước, và các nhà nghiên cứu tin rằng sự thích nghi của nó có thể tương tự như những loài thực vật nguyên thủy đã phát triển khi lần đầu tiên đặt chân lên đất liền.
Các loại vi khuẩn khác cũng đóng vai trò tích cực trong việc tìm kiếm nước. Vào năm 2020, một nhóm các nhà khoa học từ Mỹ mô tả một loại vi khuẩn sống trong đá thạch cao tiết ra một chất để hòa tan các khoáng chất xung quanh nó, giải phóng các phân tử nước riêng lẻ được lưu trữ bên trong đá.
David Kisailus, một kỹ sư hóa học và môi trường tại Đại học California (Mỹ), nói: 'Chúng gần như là những thợ mỏ... đang khai thác nước'.
Các ví dụ như vậy chỉ là một phần của những bằng chứng cho thấy cách vi sinh vật ở Atacama dạy chúng ta về sự sống sót trong môi trường khắc nghiệt trên Trái Đất. Và những bài học như thế này có thể giúp chúng ta phát hiện ra dấu hiệu của sự sống trên các hành tinh khác ngoài hệ Mặt Trời, hoặc giúp chúng ta thích nghi với những thay đổi trong môi trường mà chính chúng ta đang phải đối mặt.
Michael Goodfellow, Giáo sư danh dự về hệ thống vi sinh vật tại Đại học Newcastle, Vương quốc Anh, cho biết các lập luận về bảo tồn và khám phá vi sinh vật vượt ra ngoài sự tò mò của giới khoa học.
Michael Goodfellow đã dành phần lớn sự nghiệp của mình để tìm kiếm các loài vi khuẩn mới trong môi trường khắc nghiệt như Atacama, Nam Cực và các rãnh sâu dưới đáy đại dương, với hi vọng xác định các phân tử mới để sử dụng trong việc chống lại sự kháng thuốc kháng sinh.
Ông tin rằng các cuộc khảo sát sinh học như vậy trong môi trường khắc nghiệt nên được coi là một chiến lược quan trọng để đối mặt với cuộc khủng hoảng kháng thuốc kháng sinh đang xảy ra trên thế giới, khiến cho ít nhất 700.000 người mỗi năm trên toàn cầu phải chết.
Trong những chuyến đi đầu tiên đến vùng lõi siêu khô cằn của Atacama, Michael Goodfellow và các đồng nghiệp của ông không ngờ sẽ tìm thấy nhiều như vậy. Tuy nhiên, sự tự nhiên luôn làm cho con người kinh ngạc.
Trước sự kinh ngạc của họ, các nhà khoa học đã có thể phân lập một số lượng nhỏ vi khuẩn đất từ nhóm Actinomycetes, một loại vi khuẩn đất phổ biến trên toàn cầu đã trở thành trọng tâm quan trọng của nghiên cứu kháng sinh từ lâu. Kể từ đó, nghiên cứu trên các vi khuẩn này đã tạo ra hơn 40 phân tử mới, một số trong số đó ức chế vi khuẩn gây bệnh phổ biến trong các nghiên cứu thí nghiệm.
Michael Seeger, nhà hóa sinh tại Đại học Kỹ thuật Federico Santa Maria ở Chile, nói rằng nghiên cứu sinh học ở các sa mạc như Atacama cũng mang lại nhiều ứng dụng công nghệ.
Một ví dụ đáng chú ý là vi sinh vật chiếm khoảng 10% sản lượng đồng của Chile. Đồng thường được phát hiện trong một hỗn hợp của các kim loại, và vi sinh vật có thể giúp chiết xuất nó bằng cách tiêu hóa các vật liệu khác trong quặng.
Bằng cách ngăn vi sinh vật này tiếp xúc với các vật liệu thải từ quá trình khai thác hoặc các mảng quặng, chỉ có nồng độ đồng nhỏ tồn tại, các nhà sản xuất đồng có thể đảm bảo ít đồng bị lãng phí tại các điểm khai thác của họ.
Michael Seeger cho biết, các vi khuẩn nghiền kim loại như vậy phải có khả năng chịu được môi trường axit cao vì chúng tạo ra axit như một sản phẩm phụ. Để phát triển trong môi trường axit, những loài vi khuẩn ưa axit này phải có khả năng thích ứng đặc biệt như màng tế bào chuyên để chống lại các phân tử axit, nhanh chóng loại bỏ chúng khỏi tế bào và có enzym để nhanh chóng sửa chữa protein và DNA bị hỏng.
Sa mạc Atacama có khả năng chứa đựng nhiều loại vi sinh vật đặc biệt như vậy, với khả năng chuyên biệt giúp chúng hữu ích cho ngành công nghiệp và các mục đích thực tiễn khác.
Michael Seeger nói: Các vi khuẩn ưa arsenic có thể hữu ích trong việc làm sạch nước ô nhiễm, và các gen mượn từ vi khuẩn chịu mặn hoặc chịu hạn có thể được chuyển sang vi khuẩn đất để thúc đẩy nông nghiệp trong một quốc gia đang phải đối mặt với vấn đề ngày càng nghiêm trọng về sa mạc hóa.
Protein có hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt cũng có thể có các ứng dụng y tế quan trọng. Ví dụ, xét nghiệm PCR Covid sẽ không thể thực hiện nếu không có một loại enzyme vi khuẩn có thể tạo ra các sợi DNA trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, ban đầu được tìm thấy từ một suối nước nóng ở Yellowstone National Park ở Mỹ.
Hy vọng rằng việc nghiên cứu các enzym chịu đựng khắc nghiệt từ vi sinh vật sa mạc sẽ mở ra những cánh cửa mới trong công nghệ sinh học trong tương lai.
Dù khắc nghiệt, Atacama vẫn là nơi chứa đựng những vi sinh vật tiềm năng hơn nhiều so với chúng ta đã từng nghĩ, và vì vậy, việc quan trọng là phải khám phá những điều bí ẩn ẩn chứa ở đó!
Bài viết được tham khảo từ: KM
