Các nhà khoa học phát hiện dấu vết sự sống cổ đại ở nơi không ai ngờ tới

Tiến sĩ Rowan Martindale, nhà cổ sinh thái học và địa sinh học tại Đại học Texas (Hoa Kỳ), đang đi bộ qua thung lũng Dadès ở dãy Trung Atlas (Morocco) thì một chi tiết bất thường trên các khối đá khiến cô phải dừng lại. Khi đó, Martindale cùng nhóm nghiên cứu, trong đó có Stéphane Bodin từ Đại học Aarhus, đang khảo sát hệ sinh thái của những rạn san hô cổ đại từng nằm sâu dưới đáy biển.

Để tiếp cận khu vực từng là rạn san hô, họ phải băng qua nhiều lớp turbidite – các trầm tích hình thành từ những dòng chảy bùn và mảnh vụn cực mạnh dưới đáy đại dương. Turbidite thường lưu giữ các vết gợn sóng quen thuộc, nhưng Martindale nhận ra có thứ gì đó khác thường phủ lên trên các gợn này. Bề mặt đá xuất hiện những nếp nhăn nhỏ, lồi lõm không đều, hoàn toàn không khớp với những gì cô mong đợi.

Hoa văn bất ngờ trong đá

“Khi chúng tôi đi dọc các lớp turbidite, tôi để ý thấy một mặt lớp có các gợn sóng rất đẹp,” Martindale kể lại. “Tôi gọi Stéphane quay lại ngay và nói: ‘Nhìn này, đây là các cấu trúc nếp nhăn!’”

Các “cấu trúc nếp nhăn” (wrinkle structures) là những gờ nhỏ và hố nông, có kích thước từ vài milimet đến vài centimet, hình thành trên đáy biển cát khi tảo hoặc vi sinh vật phát triển thành các thảm sinh học hoặc cụm kết dính. Những cấu trúc mong manh này thường bị xóa sạch khi động vật khuấy đảo trầm tích.

Chính vì vậy, chúng hiếm khi xuất hiện trong các loại đá trẻ hơn khoảng 540 triệu năm – thời điểm sự sống động vật bùng nổ và bắt đầu làm xáo trộn mạnh mẽ bề mặt đáy biển. Trong môi trường hiện đại, các cấu trúc nếp nhăn thường gắn liền với vùng thủy triều nông, nơi ánh sáng mặt trời đủ để tảo quang hợp phát triển.

Vấn đề là các turbidite mà Martindale đang nghiên cứu lại hình thành ở độ sâu ít nhất 180 mét, nơi ánh sáng mặt trời không thể xuyên tới. Điều này gần như loại trừ khả năng tồn tại của các loài tảo quang hợp – “thủ phạm” quen thuộc tạo ra nếp nhăn ngày nay. Trước đó, một số báo cáo về nếp nhăn trong trầm tích turbidite cổ cũng từng bị nghi ngờ, càng khiến phát hiện này trở nên gây tranh cãi.

Chưa dừng lại ở đó, các lớp đá này chỉ khoảng 180 triệu năm tuổi, khi các sinh cảnh đáy biển đã bị động vật xáo trộn mạnh, khiến việc bảo tồn những cấu trúc tinh tế như vậy trở nên rất khó xảy ra. Mọi yếu tố của bối cảnh địa chất đều cho thấy các hoa văn này “đáng lẽ không nên tồn tại”, và Martindale hiểu rằng mình phải kiểm chứng mọi bằng chứng một cách cực kỳ cẩn trọng.

Chúng tôi phải xem xét từng mảnh bằng chứng một để chắc chắn đây thực sự là cấu trúc nếp nhăn trong turbidite,” Martindale nói, bởi các cấu trúc vốn có nguồn gốc quang hợp này “không nên xuất hiện trong môi trường nước sâu như vậy.

Kiểm chứng giả thuyết

Khi nhóm nghiên cứu xác nhận các lớp trầm tích đúng là turbidite, bước tiếp theo là chứng minh các hoa văn quan sát được thực sự có nguồn gốc sinh học. Phân tích cho thấy các lớp đá ngay bên dưới nếp nhăn có hàm lượng carbon cao bất thường – một dấu hiệu điển hình của hoạt động sinh học.

Ngoài ra, các video do tàu lặn điều khiển từ xa ghi lại ở đáy biển, bên dưới vùng có ánh sáng, cho thấy các thảm vi sinh vật vẫn có thể hình thành nhờ vi khuẩn hóa tổng hợp. Đây là những vi khuẩn lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học, thay vì ánh sáng mặt trời.

Khi kết hợp dữ liệu địa chất, hóa học và các ví dụ tương tự trong môi trường hiện đại, nhóm nghiên cứu đi đến kết luận rằng họ đã ghi nhận các cấu trúc nếp nhăn do sinh vật hóa tổng hợp tạo ra trong hồ sơ đá. Các dòng turbidite mang theo chất dinh dưỡng và vật chất hữu cơ, làm giảm nồng độ oxy và tạo ra điều kiện thuận lợi cho sự sống hóa tổng hợp.

Trong những khoảng thời gian yên tĩnh giữa các đợt bồi lắng turbidite, vi khuẩn phát triển thành thảm trên bề mặt trầm tích, sau đó hình thành các nếp nhăn đặc trưng mà Martindale quan sát được tại Morocco. Thông thường, lớp turbidite tiếp theo sẽ cuốn trôi những thảm này, nhưng đôi khi, chúng được bảo tồn một cách hiếm hoi trong đá.

Ý nghĩa đối với việc truy tìm sự sống cổ đại

Trong thời gian tới, Martindale hy vọng sẽ tiến hành các thí nghiệm trong phòng lab để tìm hiểu chi tiết hơn cách các cấu trúc này hình thành trong môi trường turbidite. Cô cũng mong rằng phát hiện này sẽ thúc đẩy các nhà nghiên cứu khác mở rộng góc nhìn, đưa thảm vi sinh vật hóa tổng hợp vào một mô hình vốn trước đây chỉ thừa nhận nguồn gốc quang hợp cho các cấu trúc nếp nhăn.

Khi đó, các nhà địa chất có thể bắt đầu tìm kiếm dấu vết sự sống ở những môi trường trước đây từng bị coi là “vô vọng” trong hành trình truy tìm sự sống sớm nhất trên Trái Đất.

“Các cấu trúc nếp nhăn là bằng chứng cực kỳ quan trọng trong quá trình tiến hóa ban đầu của sự sống,” Martindale nhấn mạnh. Nếu bỏ qua khả năng chúng tồn tại trong turbidite, “chúng ta có thể đang đánh mất một mảnh ghép quan trọng trong lịch sử của thế giới vi sinh vật”.