Liệu rằng con người và loài vật có thể tồn tại nếu thiếu oxy?

• Stephen Hawking cảnh báo: "Loài người chỉ còn 100 năm để rời khỏi Trái Đất"
• 50 hình ảnh về mặt trăng Enceladus của Sao Thổ - nơi sự sống có thể tồn tại (Phần 1)
• NASA tiết lộ những nghiên cứu đầu tiên về bầu khí quyển của các ngoại hành tinh

Suối nước nóng của Vườn quốc gia Yellowstone có thể là môi trường khắc nghiệt, nhưng chúng cũng là nơi chứa đựng nhiều vi khuẩn có thể làm sáng tỏ nguồn gốc tiến hóa của sự sống trên Trái Đất và có lẽ cả những gì ẩn náu trên các hành tinh xa xôi. Hãy cùng Quản Trị Mạng tìm hiểu xem liệu rằng con người và loài vật có thể tồn tại nếu thiếu oxy được hay không nhé!

Suối nước nóng Evening Primrose ở Vườn quốc gia Yellowstone. Nguồn ảnh: Dan Colman

Trong khi sự sống quang hợp không thể chịu được nhiệt độ cao của các suối nước nóng, các vi sinh vật có tính hóa học - nghĩa là chúng chỉ sống dựa vào các chất hóa học, chứ không phải ánh sáng mặt trời, như nguồn năng lượng của chúng. Nhiều vi khuẩn đặc biệt này được cho là những sinh vật thân cận gần nhất với sự sống phát triển có mặt sớm nhất trên hành tinh Trái Đất của chúng ta.

"Những vi sinh vật hóa học tổng hợp cung cấp các mô hình hữu ích để hiểu được sự sống có thể tồn tại như thế nào trong các hệ sinh thái ngoài Trái Đất, ví dụ như mặt dưới của Europa (vệ tinh thứ sáu, tính theo quỹ đạo từ trong ra ngoài, của Sao Mộc), nơi mà năng lượng ánh sáng không có sẵn, nhưng có thể có nguồn năng lượng hóa học phong phú", Daniel Colman, một nhà địa chất học ở trường Đại học Montana ở Bozeman cho biết.

Vào năm 2014, Colman cùng cộng sự của mình đã thu thập các mẫu từ các cộng đồng vi sinh vật hóa học trong 15 suối nước nóng ở Vườn quốc gia Yellowstone. Suối nước nóng là môi trường phức tạp, nơi có nhiều chất dinh dưỡng khác nhau, thậm chí trong cùng một suối nước nóng. Colman phân tích những biến đổi này có thể hình thành các loại cộng đồng hoá học tồn tại ở bất cứ vị trí nào.

Colman và nhóm nghiên cứu của ông đã trình bày chi tiết những phát hiện của họ trong bài báo "Ecological differentiation in planktonic and sediment-associated chemotrophic microbial populations in Yellowstone hot springs" (Tạm dịch: "Sự khác biệt về sinh thái của sinh vật phù du và các quần thể vi sinh vật có tính hóa học trầm tích ở suối nước nóng Yellowstone") được đăng tải trên tạp chí FEMS Microbiology Ecology.

Hồ Cinder trong Vườn quốc gia Yellowstone. Nguồn ảnh: Dan Colman

Các nhà nghiên cứu khoa học đã quan sát các vi sinh vật, hoặc là sinh vật phù du (planktonic) bơi lội tự do, hoặc những vi sinh vật sống trong trầm tích, và sau đó kiểm tra tính hóa học của nước và khoáng vật ở các trầm tích.

Họ tập trung nghiên cứu các chất được gọi là chất oxy hóa, giúp sinh vật hấp thụ năng lượng bằng cách tách điện tử khỏi các chất dinh dưỡng. Trong khi con người và nhiều sinh vật khác sống dựa vào oxy để hoạt động như một chất oxy hoá chính của chúng, các vi khuẩn hóa trị liệu dựa vào các chất oxy hóa khác, cung cấp ít năng lượng hơn, như các dạng sắt và lưu huỳnh được oxy hóa (vật liệu oxy hoá bị mất điện tử).

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng những cộng đồng sinh vật phù du ở Vườn quốc gia Yellowstone bị chi phối bởi các vi khuẩn có tính chất vi lượng hoá, cần oxy để tồn tại nhưng ở nồng độ thấp hơn hiện diện trong bầu khí quyển Trái Đất. Mặt khác, các quần xã trầm tích ở Yellowstone cũng bị chi phối bởi các vi khuẩn hóa trị liệu dựa vào các chất vô cơ như nguyên tố lưu huỳnh hoặc sắt bị oxy hoá làm chất oxy hoá của chúng.

Những phát hiện này làm sáng tỏ cách thức và lý do tại sao các vi khuẩn trong suối nước nóng trầm tích khác với các vi khuẩn trong nước. Các vi sinh vật sống trong nước và tiếp xúc với không khí có thể sử dụng oxy từ không khí như là chất oxy hóa của chúng, trong khi các vi khuẩn sống trong trầm tích có khả năng bị oxy hóa kém cần có các loại chất oxy hoá khác. Các nhà nghiên cứu hy vọng sự sống sớm trên Trái Đất bị hạn chế bởi sự có sẵn các chất oxy hoá và phải làm điều gì với những thứ xung quanh chúng. Có thể giống với sự sống ở những nơi khác trong hành tinh vũ trụ.

Steep Cone ở Vườn quốc gia Yellowstone. Nguồn ảnh: Dan Colman

"Việc hiểu được sự phân bố ngày nay của những vi sinh vật khi liên quan đến các yếu tố môi trường có thể cung cấp ý tưởng về sự sống đã tiến triển như thế nào trong phản ứng thay đổi môi trường xung quanh lịch sử Trái đất và lịch sử tiến hóa của sự sống", Colman cho biết.

Colman đặc biệt quan tâm đến các cộng đồng vi sinh vật dưới đáy biển tại Vườn quốc gia Yellowstone, vì theo một vài cách, nó có thể giống với môi trường ngoài Trái Đất như Europa. Không gì được biết về thiên nhiên, hoặc thậm chí là sự tồn tại của tầng sinh quyển nhiệt độ cao dưới đất cạn ở Vườn quốc gia Yellowstone, vì không được phép khoan dầu trên đất công viên quốc gia.

NASA chú ý đến nghiên cứu này vì sự hiểu biết về sự sống ở suối nước nóng của Vườn quốc gia Yellowstone có tiềm năng làm sáng tỏ sự sống có thể phát triển mạnh trong môi trường ngoài Trái Đất, rằng nhiệt độ và áp suất cũng như chất dinh dưỡng thấp như nhau.

Colman cho biết thêm: "Những môi trường này không có trong nghiên cứu sinh học vũ trụ, nhưng vẫn có thể có trên Enceladus (một mặt trăng nhỏ của Sao Thổ), sao Hỏa hay Europa (vệ tinh thứ sáu, tính theo quỹ đạo từ trong ra ngoài của Sao Mộc)".

Chẳng hạn, giống như các trầm tích của suối nước nóng ở Yellowstone có lượng oxy thấp, "chúng ta mong đợi rằng sự sống trong các môi trường dưới mặt đất của hành tinh khác sẽ bị cản trở bởi sự thiếu oxy hóa mãn tính, như oxy, và biết được cần phải làm gì với các chất oxy hóa cung cấp ít năng lượng", Colman nói.

Xem thêm: Thử nghiệm khoa học: Khoai tây có thể trồng được trên sao Hỏa

Chúc các bạn vui vẻ!