Mở một phiến đá 2 tỷ năm tuổi ở châu Phi, các nhà khoa học tìm thấy quần thể sinh vật cổ đại vẫn đang còn sống

Năm 1897, Gustaaf Molengraaff, nhà địa chất và sinh vật học người Hà Lan đi tới Nam Phi và ông đã tìm thấy một bộ lạc người bản địa. Họ sinh sống xung quanh một khu vực núi đá kỳ dị, với những tảng lớn nhô lên khỏi mặt đất, xếp thành từng lớp lộ thiên và được cắt xẻ rất vuông vức.

Phát hiện của Molengraaff sau đó đã mở ra hơn một thế kỷ nghiên cứu địa chất học ở khu vực này. Các nhà khoa học lần lượt tới đây xác nhận, những tảng đá nhô lên ở Nam Phi chỉ là phần nổi của một phức hợp đá khổng lồ xâm nhập vỏ Trái Đất.

Họ họ đó là "Bushveld Igneous Complex", có nghĩa là "phức hợp đá núi lửa trên vùng đất rậm rạp". Các nghiên cứu sau đó tiết lộ phức hợp đá này được hình thành từ magma nóng chảy bên trong lõi Trái Đất. Và chúng đã có tuổi đời lên tới hơn 2,05 tỷ năm.

Quy mô khổng lồ của nó cũng 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, tương đương gần như toàn bộ diện tích đất liền của miền Nam Việt Nam.

Các nghiên cứu sau đó tiếp tục chỉ ra nhiều kỷ lục của phức hợp đá Bushveld Igneous, trong đó có chứa nhiều loại khoáng sản như platinum (bạch kim), crôm, và vanadi. Tới 75% sản lượng platinum toàn cầu được khai thác từ phức hợp đá này, khiến nó có vai trò vô cùng quan trọng trong ngành công nghiệp khai thác mỏ ở Nam Phi.

Nhưng gần đây nhất, khi một nhóm các nhà khoa học khoan sâu vào phức hợp đá Bushveld Igneous, họ không chỉ tìm thấy khoáng sản. 

Thứ mà các nhà khoa học phát hiện là một quần thể vi khuẩn cổ đại bị phong ấn trong phiến đá này suốt 2 tỷ năm. Và hiện chúng vẫn đang còn sống, chưa hề, và không hề cần tiếp xúc với thế giới bên ngoài Trái Đất kể từ đó.

Tìm thấy 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 đến từ Đại học Tokyo, trong một dự án hợp tác với Chương trình Khoan Khoa học Lục địa Quốc tế. Trong đó, họ đã tiến hành khoan sâu 15 mét xuống một khu vực của phức hợp đá Bushveld Igneous.

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

Mẫu phẩm sau đó được vận chuyển về phòng sạch vô trùng ở Đại học Tokyo, nơi có các máy cưa kim cương vô trùng và kính hiển vi huỳnh quang hiện đại bậc nhất thế giới để phân tích.

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

Để chắc chắn những sự sống mà họ tìm thấy trong đó là vi khuẩn cổ đại chứ không phải mẫu bị nhiễm bẩn từ vi khuẩn hiện đại, tiến sĩ Suzuki đã sử dụng một lưỡi cưa kim cương để cắt mẫu đá tại Bushveld Igneous trong môi trường vô trùng.

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 thể loại bỏ 99,97% các hạt có kích thướng 0,3 micromet – được sục vào buồng.

Các lát đá được cắt sau đó, chỉ dày 3 mm, được rửa với nước tinh khiết, rồi nhuộm với thuốc nhuộm cyanine rồi soi dưới kính hiển vi huỳnh quang. Kết quả cho thấy một quần thể vi khuẩn cổ đại với các DNA phát sáng như cây thông Noel, tiết lộ sự sống vẫn đang tồn tại:

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

Các sinh vật ở phức hợp đá Bushveld Igneous đã bị cô lập trong suốt 2 tỷ năm, gấp 20 lần con số trước đó. Và vi khuẩn trong những tảng đá cô lập dưới lòng đất như vậy thường tiến hóa chậm hơn vi khuẩn trên mặt đất, vì chúng bị tách khỏi 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 cho chúng ta biết những điều 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 thế này, chúng ta có thể hiểu được sự tiến hóa của sự sống rất sớm trên hành tinh", tiến sĩ Suzuki nói.

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

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

Giải thích tại sao vi khuẩn có thể sống qua quãng thời gian lâu đến vậy, tiến sĩ Suzuki cho biết có thể đất sét chính là chìa khóa. Trong mẫu khoan ở phức hợp đá Bushveld Igneous, ông đã tìm thấy một lớp đất sét bị nén chặt.

Đất sét nén cung cấp một nguồn tài nguyên cho vi khuẩn sống dựa vào, bao gồm cả các vật liệu hữu cơ và vô cơ mà chúng có thể chuyển hóa. Đồng thời, đất sét cũng niêm phong hiệu quả tảng đá, ngăn ngừa vi khuẩn thoát ra và ngăn chặn bất kỳ thứ gì khác xâm nhập vào bao gồm cả nước và chất lỏng mà nhóm nghiên cứu sử dụng để khoan vào đá.

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

Nó còn có ý nghĩa trong công cuộc đi tìm sự sống ngoài Trái Đất. "Tôi rất quan tâm đến sự tồn tại của vi khuẩn dưới bề mặt không chỉ trên Trái Đất, mà tôi nghĩ chúng ta còn có khả năng tìm thấy chúng trên các hành tinh khác", tiến sĩ Suzuki nói.

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

"Ngay lúc này, 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 nói. 

 "Việc phát hiện sự sống vi sinh vật trong các mẫu đá từ Trái Đất có niên đại 2 tỷ năm, và có thể xác nhận chính xác tính xác thực của chúng, khiến tôi rất phấn khích về những gì chúng ta có thể tìm thấy trong các mẫu đá từ Sao Hỏa".

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