Trong vùng khắc nghiệt của Trái Đất, giới khoa học đang tìm kiếm một kho báu quý giá, đáng giá hơn cả lithium!

Những nhà khoa học đang nỗ lực khám phá điều gì ẩn giấu trong lòng sa mạc nằm ở Nam Mỹ?

Vùng đất khô cằn đã lâu trên Trái Đất được coi là hoang vắng, nhưng thực tế lại chứa đựng một kho tàng quý giá, vượt trội hơn nhiều so với lithium!

Cái gì làm nên giá trị đặc biệt của nơi này?

CUỘC SỐNG KỲ DIỆU TRONG LÒNG SA MẠC ATACAMA

Khi nhìn vào vùng đất khô cằn này, không khó để hiểu vì sao Charles Darwin, người được coi là cha đẻ của thuyết tiến hóa, đã mô tả nơi đây là “vùng đất không có sự sống” hơn 180 năm trước.

Mặc dù có một số nguồn nước và một số loài thực vật sống sót, nhưng trong hơn một thế kỷ qua, hầu hết các nhà khoa học đều đồng tình với kết luận của Darwin rằng ở phần khô cằn nhất của sa mạc Atacama, gọi là lõi siêu khô cằn, không có sự sống tồn tại!

Tuy nhiên, có lẽ Charles Darwin đã nhầm, và đó là lý do tại sao Gómez-Silva ở đây.

Dậy sớm trước bình minh để đánh bại 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 lõi khô cằn của sa mạc Atacama. Ở đây, Gómez-Silva - một nhà vi sinh vật học sa mạc tại Đại học Antofagasta (Chile) sẽ tìm kiếm một loại nấm cực nhỏ mà ông hy vọng có thể phân lập và nuôi dưỡng trong phòng thí nghiệm của mình. Đối với các nhà khoa học như ông, chúng quý hơn cả lithium hoặc bất kỳ kim loại nào khác.

Nhà khoa học Gómez-Silva (mũ đội) đang thu thập mẫu đá muối tại lõi khô cằn của sa mạc. Hình ảnh: Lindzi Wessel

Mặc dù biết mình đang ở nơi khô hạn nhất trên Trái Đất, nhưng Gómez-Silva tin rằng ở đây có nước, ẩn mình trong những tảng đá muối xung quanh. Tương tự như cách một lọ muối trong nhà bếp sẽ hút ẩm trong thời tiết ẩm ướt, đá muối ở Atacama cũng hút một ít hơi ẩm từ sương mù đại dương vào ban đêm. Đây là nơi các vi sinh vật tìm nơi trú ẩn.

Khi độ ẩm và ánh sáng Mặt Trời xuất hiện, những loài vi sinh này bắt đầu quang hợp và phát triển thành cộng đồng của chúng.

Gómez-Silva là một thành viên trong nhóm các nhà khoa học quyết tâm tìm kiếm các vi sinh vật sống ở đây - trong sa mạc có tuổi đời lâu nhất thế giới, một nơi khô cằn từ thời khủng long cuối kỷ Jura lang thang trên Trái Đất cách đây khoảng 150 triệu năm.

Mọi thứ cố gắng tồn tại ở đây đều phải đối mặt với một loạt thách thức khốc liệt - không chỉ là việc thiếu nước: Bức xạ mặt trời cường độ cao; Nồng độ cao của các hợp chất độc hại; Và sự khan hiếm của các chất dinh dưỡng quan trọng cho sự sống.

Tuy nhiên, mặc cho những thử thách đó, những điều kỳ lạ và nhỏ bé vẫn phát triển, và các nhà nghiên cứu như Gómez-Silva cho biết những nhà khoa học có nhiều điều để học hỏi từ chúng.

“Tìm kiếm và chứng minh khả năng tồn tại bền bỉ của những sinh vật nhỏ bé trong sa mạc Atacama làm thay đổi cách thế giới nhìn nhận về nơi này, một khu vực từng được biết đến với việc khai thác các khoáng sản quý. Chúng tôi tin rằng Atacama cần được coi trọng như một môi trường để tìm hiểu các loài sống chưa được biết đến trên Trái Đất, giúp phát triển công nghệ sinh học mới và giải đáp câu hỏi về nguồn gốc của sự sống và cách tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác”.

ATACAMA - THÁCH THỨC SỰ SỐNG TRÊN HÀNH TINH

Atacama nằm dọc theo bờ biển Nam Mỹ, gần núi lửa Altiplano của dãy núi Andes, phía tây giáp Thái Bình Dương của Chile. Với kích thước tương đương Cuba, sa mạc Atacama là nơi khó khăn nhất để sinh sống trên Trái Đất.

Không chỉ là một trong những sa mạc cao nhất thế giới, Atacama còn là nơi khô cằn nhất hành tinh. Nhiều khu vực chỉ nhận được vài mm mưa mỗi năm, nếu có. Arica, thành phố nằm dưới biên giới của Peru, giữ kỷ lục về độ khô cằn - không mưa trong hơn 14 năm vào đầu thế kỷ 20.

Nếu không có nước, ít loài có thể tồn tại: Tế bào co lại, protein phân hủy và các thành phần tế bào không thể di chuyển.

Không khí ở độ cao lớn của sa mạc không thể ngăn chặn tác động của tia UV từ Mặt Trời. Việc khan hiếm nước không chỉ tạo ra kim loại quý cho các công ty khai thác mà còn gây hạn chế trong việc phân phối chất dinh dưỡng trong hệ sinh thái, cũng như sự pha loãng của các chất độc hại.

Các hồ tồn tại trong sa mạc - thường là các lưu vực theo mùa do sự cung cấp từ các dòng nước ngầm - thường chứa nồng độ cao muối, kim loại và nguyên tố, bao gồm cả arsen, gây hại cho nhiều loại tế bào.

Trong chuyến thám hiểm Atacama vào những năm 1850 theo sự chỉ đạo của chính phủ Chile, ngay cả nhà tự nhiên học Rodulfo Philippi cũng nhận ra rằng giá trị lớn nhất của Atacama nằm ở việc khai thác khoáng sản!

Khai thác khoáng sản làm cho Atacama trở nên quý giá đối với Chile. Với một lượng lớn Kali nitrat (diêm tiêu, KNO3) - một nguồn nitrat được sử dụng trong phân bón và chất nổ, được biết đến với cái tên “vàng trắng” do nhu cầu lớn trên thế giới vào thế kỷ 19.

Bên cạnh Kali nitrat, hoạt động khai thác khoáng sản vẫn rất sôi động ở Atacama. Hiện nay, Chile là quốc gia hàng đầu xuất khẩu đồng, lithium và cung cấp lớn bạc, sắt và nhiều kim loại và khoáng sản quý khác.

Lịch sử khai thác mỏ ở Atacama rất lâu đời và sa mạc này hiện là nguồn cung cấp lithium chính, cùng với các kim loại khác. Hình ảnh từ không gian năm 2018 cho thấy hoạt động khai thác lithium tại lưu vực muối của sa mạc. Nguồn ảnh: OTON BARROS, DSR / OBT / INPE

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 New York (Mỹ), hiện lên với những mỏ lithium màu nhạt. Các mỏ vàng và đồng xuất hiện dưới dạng những vết sẹo trên bề mặt sa mạc cằn cỗi.

Trên mặt đất cũng tương tự, không khó để tìm thấy các di tích về lịch sử khai phá của khu vực. Gần nơi Gómez-Silver thu thập đá muối ở vùng Yungay là một nghĩa trang với các mộ từ những năm 1800 đến giữa thế kỷ 20, là những công nhân của các mỏ muối bị bỏ hoang và gia đình của họ.

'MỎ VÀNG ĐẶC BIỆT' CỦA CÁC NHÀ KHOA HỌC

Năm 1994, Đại học Antofagasta (Chile) thiết lập một trạm nghiên cứu nhỏ ở Yungay với sự hỗ trợ từ NASA, nơi các nhà thiên văn học quan tâm đến điều kiện khắc nghiệt giống sao Hỏa của sa mạc Atacama.

NASA đã bắt đầu nghiên cứu khả năng tồn tại của sự sống trong đất và đá khô của Atacama vào giữa những năm 1960. Tuy nhiên, chỉ đến năm 2003, khi một bài báo nổi tiếng điều này được công bố, nghiên cứu về vi sinh vật trong khu vực mới bắt đầu thành công. Các cuộc điều tra về Atacama đã tăng lên đáng kể từ khi các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực khác nhau như sinh thái học, di truyền học và vi sinh học cùng tham gia.

“Tuy nhiên, các nhà khoa học chỉ mới khám phá phần nhỏ của Atacama. Vẫn còn nhiều điều về sự sống ở đây chưa được hiểu biết” - Cristina Dorador, nhà vi sinh vật tại Đại học Antofagasta (Chile) nhấn mạnh.

Cristina Dorador nghiên cứu các cộng đồng vi sinh vật phát triển mạnh mẽ dưới lớp vỏ của các mỏ muối Atacama. Đó là nơi có hàng triệu vi sinh vật thuộc nhiều loài khác nhau tụ lại thành từng lớp rõ ràng, nhiều màu sắc.

Các nhà khoa học tin rằng đây là các hệ sinh thái sớm nhất hình thành trên Trái Đất. Khi phát triển, một số cộng đồng vi sinh vật tạo thành các trầm tích nhiều lớp có thể trở thành hóa thạch stromatolit, với niên đại lên đến 3,7 tỷ năm, khi bầu khí quyển của Trái Đất không có oxy!

Du khách trên bãi muối ở sa mạc Atacama. Nguồn: Internet

Có nhiều chiến lược sinh tồn sáng tạo tại Atacama, thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học đối với việc hiểu về sự thay đổi của cuộc sống theo thời gian.

Vào năm 2010, một nhóm nghiên cứu tại Chile báo cáo về việc phát hiện một loài vi khuẩn mới sống trên sợi mạng nhện trong hang động Atacama ven biển. Dunaliella, một loại tảo màu xanh lá cây, là loài đầu tiên trong chi của nó được tìm thấy sống bên ngoài môi trường nước. Những người phát hiện tin rằng sự thích nghi của chúng có thể tương tự như những loài thực vật nguyên thủy khi đầu tiên đến đất liền.

Các vi khuẩn khác đóng vai trò quan trọng trong việc tìm kiếm nước. Vào năm 2020, một nhóm nhà khoa học từ Mỹ mô tả một loại vi khuẩn sống trong đá thạch cao, tiết ra chất để hòa tan khoáng chất xung quanh, giải phóng nước.

David Kisailus, một kỹ sư hóa học và môi trường tại Đại học California (Mỹ), nói: “Chúng gần như những người thợ mỏ… đang đào tìm nước”.

Những ví dụ như thế chỉ là một phần của những gì vi sinh vật ở Atacama dạy chúng ta về sự sống sót trong môi trường khắc nghiệt trên Trái Đất. Những bài học như vậy có thể giúp chúng ta nhận biết manh mối trong việc tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác, hoặc thích nghi với sự thay đổi của môi trường đối với chính mình.

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, hy vọng xác định các phân tử mới để sử dụng trong kháng sinh.

Ông tin rằng khảo sát sinh học như vậy trong môi trường khắc nghiệt là một chiến lược quan trọng để đối phó với cuộc khủng hoảng kháng thuốc kháng sinh toàn cầu, gây tử vong cho ít nhất 700.000 người mỗi năm.

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, tạo hóa luôn khiến họ kinh ngạc.

Trước sự ngạc nhiên 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 phổ biến trên toàn cầu đã trở thành trọng tâm quan trọng của nghiên cứu kháng sinh. 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 phòng 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 có ứng dụng công nghệ.

Một ví dụ là các vi sinh vật chiếm khoảng 10% sản lượng đồng của Chile. Đồng thường được tìm thấy trong hỗn hợp các kim loại, và các vi sinh vật có thể giúp chiết xuất nó bằng cách ăn bớt các vật liệu khác trong quặng.

Bằng cách không cho các vi sinh vật này tiếp xúc với vật liệu do quá trình khai thác hoặc hỗn hợp quặng để lại, chỉ có nồng độ đồng nhỏ tồn tại, các nhà sản xuất đồng có thể đảm bảo ít đồng bị bỏ lại tại các điểm khai thác của họ.

Michael Seeger cho biết, các vi khuẩn nghiền kim loại như vậy cần có khả năng xử lý axit cao bằng cách tạo ra axit như chất thải. Để phát triển trong môi trường axit, những loài này phải có khả năng thích ứng đặc biệt như màng tế bào chuyên để ngăn chặn axit, loại bỏ chúng ra khỏi tế bào và enzym sửa chữa protein và DNA nhanh chóng.

Sa mạc Atacama có thể chứa những loài kỳ lạ như vậy, với khả năng đặc biệt giúp chúng hữu ích cho công nghiệp và các mục đích thực tế khác.

Theo Michael Seeger, vi khuẩn ưa asen có thể hữu ích để làm sạch nước ô nhiễm, và gen từ vi khuẩn chịu mặn hoặc chịu hạn có thể được chuyển vào vi khuẩn đất để thúc đẩy nông nghiệp ở những quốc gia đang đối mặt với sa mạc hóa.

Protein hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt cũng có ứng dụng y tế quan trọng. Ví dụ, xét nghiệm PCR Covid không thể thực hiện nếu không có enzyme vi khuẩn tạo ra DNA trong nhiệt độ khắc nghiệt, được lấy từ suối nước nóng Yellowstone ở Mỹ.

Các nhà sinh học hy vọng nghiên cứu các enzym chịu đựng tốt trong điều kiện khắc nghiệt từ vi sinh vật sa mạc sẽ mang lại những đột phá mới trong công nghệ sinh học.

Dù khắc nghiệt, Atacama vẫn có thể chứa những vi sinh vật đa dạng hơn chúng ta nghĩ, vì vậy việc quan trọng là phải khám phá những gì đang tồn tại ở đó!

Bài viết được tham khảo từ: KM