Khi mở một phiến đá có tuổi đời 2 tỷ năm ở châu Phi, các nhà khoa học đã phát hiện ra quần thể sinh vật cổ đại vẫn còn tồn tại.

Khoảng thời gian này gấp 4 triệu lần so với câu chuyện truyền thuyết về Tôn Ngộ Không bị phong ấn.

Vào năm 1897, Gustaaf Molengraaff, nhà địa chất và sinh vật học người Hà Lan, đã đến Nam Phi và phát hiện một bộ lạc bản địa sinh sống quanh một khu vực núi đá kỳ lạ, nơi có những tảng đá lớn nhô lên từ mặt đất, xếp thành từng lớp rất vuông vức.

Phát hiện của Molengraaff đã mở ra hơn một thế kỷ nghiên cứu địa chất tại khu vực này. Các nhà khoa học lần lượt đến đây để xác nhận rằng những tảng đá nhô lên ở Nam Phi chỉ là phần nổi của một phức hợp đá khổng lồ bên trong vỏ Trái Đất.

Họ gọi nó là "Bushveld Igneous Complex", nghĩa là "phức hợp đá núi lửa trên vùng đất rậm rạp". Các nghiên cứu sau đó cho thấy phức hợp này được hình thành từ magma nóng chảy trong lòng Trái Đất, với tuổi đời lên tới hơn 2,05 tỷ năm.

Quy mô khổng lồ của nó đã được xác nhận. Bushveld Igneous Complex hiện là một trong những khối đá lớn nhất trên Trái Đất, với diện tích bên dưới lòng đất có thể lên tới 66.000 km², gần tương đương với toàn bộ diện tích đất liền của miền Nam Việt Nam.

Các nghiên cứu sau này tiếp tục chỉ ra nhiều kỷ lục của phức hợp đá Bushveld Igneous, chứa nhiều loại khoáng sản như bạch kim, crôm và vanadi. Khoảng 75% sản lượng bạch kim toàn cầu được khai thác từ phức hợp đá này, tạo ra vai trò cực kỳ quan trọng trong ngành công nghiệp khai thác mỏ ở Nam Phi.

Gần đây, khi một nhóm các nhà khoa học tiến hành khoan sâu vào phức hợp đá Bushveld Igneous, họ đã phát hiện không chỉ khoáng sản.

Các nhà khoa học đã phát hiện một quần thể vi khuẩn cổ đại bị phong ấn trong phiến đá này suốt 2 tỷ năm, và chúng vẫn còn sống, chưa từng tiếp xúc với thế giới bên ngoài Trái Đất kể từ đó.

Phát hiện quần thể sinh vật bị phong ấn 2 tỷ năm trong đá

Nghiên cứu được thực hiện bởi nhà địa vi sinh học Yohey Suzuki từ Đại học Tokyo, hợp tác với Chương trình Khoan Khoa học Lục địa Quốc tế, trong đó họ đã khoan sâu 15 mét vào một khu vực của phức hợp đá Bushveld Igneous.

Một lõi đá hình trụ dài khoảng 30cm và đường kính 85mm đã được thu thập từ đó. Ngay khi được lấy lên khỏi mặt đất, lõi đá đã được niêm phong trong giấy bạc và hộp khử trùng, được hút chân không và giữ mát ở 4 độ C.

Mẫu vật sau đó được vận chuyển đến phòng sạch vô trùng tại Đại học Tokyo, nơi có các máy cưa kim cương vô trùng và kính hiển vi huỳnh quang hiện đại hàng đầu thế giới để tiến hành phân tích.

"Chúng tôi không biết liệu các tảng đá 2 tỷ năm tuổi có thể hỗ trợ sự sống hay không", tiến sĩ Suzuki chia sẻ.

Để đảm bảo rằng sự sống được tìm thấy trong mẫu là vi khuẩn cổ đại chứ không phải bị nhiễm bẩn từ vi khuẩn hiện đại, tiến sĩ Suzuki đã sử dụng lưỡi cưa kim cương để cắt mẫu đá trong môi trường vô trùng tại Bushveld Igneous.

Máy cưa này không được phép sử dụng nước. Thay vào đó, một luồng không khí siêu sạch được lọc qua bộ lọc HEPA – có khả năng loại bỏ 99,97% các hạt có kích thước 0,3 micromet – được đưa vào buồng.

Các lát đá sau khi được cắt dày 3 mm sẽ được rửa bằng nước tinh khiết, sau đó nhuộm với thuốc nhuộm cyanine và soi dưới kính hiển vi huỳnh quang. Kết quả cho thấy một quần thể vi khuẩn cổ đại với DNA phát sáng như cây thông Noel, chứng minh sự sống vẫn còn tồn tại.

"Đây là một khám phá rất thú vị," tiến sĩ Suzuki cho biết. Bởi vì các quần thể vi khuẩn cổ đại trước đây từng được phát hiện có tuổi đời lâu nhất chỉ khoảng 100 triệu năm, trong một tảng đá ở một hòn đảo thuộc Nam Thái Bình Dương.

Các sinh vật trong phức hợp đá Bushveld Igneous đã bị cô lập suốt 2 tỷ năm, gấp 20 lần thời gian trước đó. Vi khuẩn trong những tảng đá cách biệt như vậy thường tiến hóa chậm hơn so với vi khuẩn trên bề mặt đất, do chúng không bị ảnh hưởng bởi những áp lực thúc đẩy quá trình tiến hóa trong môi trường sống đông đúc.

Điều này có nghĩa là cộng đồng vi khuẩn này có thể cung cấp cho chúng ta những hiểu biết mà trước đây chúng ta chưa biết về sự tiến hóa của vi khuẩn trên Trái Đất. "Bằng cách nghiên cứu DNA và bộ gen của các vi khuẩn như vậy, chúng ta có thể hiểu được sự tiến hóa của sự sống từ rất sớm trên hành tinh," tiến sĩ Suzuki nói.

Khám phá này gợi ý rằng vi khuẩn cũng có thể đang tồn tại trong đá trên Sao Hỏa.

Hiện tại, chủng vi khuẩn cổ đại mới được tìm thấy vẫn chưa có tên. Các nhà khoa học sẽ cần thực hiện các phân tích chi tiết hơn, bao gồm cả phân tích DNA, để xác định chủng loại và cách thức chúng đã tiến hóa trong suốt 2 tỷ năm bị phong ấn.

Giải thích cho việc vi khuẩn có thể sống sót qua khoảng thời gian lâu dài như vậy, tiến sĩ Suzuki cho biết có thể đất sét chính là yếu tố then chốt. Trong mẫu khoan ở phức hợp đá Bushveld Igneous, ông đã phát hiện một lớp đất sét bị nén chặt.

Đất sét bị nén cung cấp một nguồn tài nguyên thiết yếu cho vi khuẩn sinh sống, bao gồm cả các chất hữu cơ và vô cơ mà chúng có khả năng chuyển hóa. Đồng thời, đất sét cũng giúp niêm phong tảng đá hiệu quả, ngăn chặn vi khuẩn thoát ra ngoài và ngăn cản bất kỳ yếu tố nào khác xâm nhập, bao gồm nước và các chất lỏng mà nhóm nghiên cứu sử dụng để khoan vào đá.

Còn một điều thú vị nữa mà tiến sĩ Suzuki nhấn mạnh, việc phát hiện một quần thể vi khuẩn trong tảng đá có tuổi đời 2 tỷ năm không chỉ có ý nghĩa đối với nghiên cứu sự sống trên hành tinh của chúng ta.

Nó còn mở ra cơ hội tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất. "Tôi rất quan tâm đến khả năng tồn tại của vi khuẩn dưới bề mặt, không chỉ trên Trái Đất, mà còn có thể tìm thấy chúng trên các hành tinh khác", tiến sĩ Suzuki nói.

Gần chúng ta nhất là Sao Hỏa, nghiên cứu này gợi ý rằng có thể tồn tại những cộng đồng vi khuẩn dưới lòng đất vẫn còn sống trên hành tinh đỏ. Chúng có thể đã sống sót qua hàng tỷ năm khi nước trên bề mặt Sao Hỏa đã khô cạn.

"Hiện tại, xe tự hành Rover Perseverance của NASA đang chuẩn bị gửi về các mẫu đá có tuổi đời tương tự như những mẫu chúng tôi đã sử dụng trong nghiên cứu này," tiến sĩ Suzuki cho biết.

 "Việc phát hiện vi sinh vật trong các mẫu đá Trái Đất có niên đại 2 tỷ năm, và khả năng xác thực tính xác thực của chúng, khiến tôi vô cùng hào hứng với những gì chúng ta có thể khám phá trong các mẫu đá từ Sao Hỏa".

Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Microbial Ecology.