Một trong những loài cô đơn nhất trên Trái Đất, sống ở 2.800 mét dưới lòng đất và tồn tại nhờ năng lượng phóng xạ

Các vùng cực lạnh và khô, các vùng sa mạc nóng và thiếu nước, được coi là những nơi không thể tồn tại đối với hầu hết sự sống trên Trái Đất. Nhưng điều đó chỉ là ở trong suy nghĩ bình thường của con người, trên Trái Đất, có một số sinh vật có thể sống trong môi trường khắc nghiệt, những môi trường này được coi là giống như địa ngục đối với những sinh vật khác.

Những môi trường khắc nghiệt này bao gồm nhiệt độ cao, áp suất cao, nhiệt độ thấp và bức xạ cao. Ví dụ, một số vi khuẩn và vi khuẩn cổ có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt như suối nước nóng, miệng phun thủy nhiệt dưới biển sâu, miệng núi lửa và sông băng.

Nước nóng phát ra từ các miệng phun thủy nhiệt dưới biển sâu có nhiệt độ hàng trăm độ C, nhưng một số vi sinh vật và sinh vật biển đặc biệt có thể tồn tại trong môi trường này. Những vi sinh vật này sống dựa vào các phản ứng hóa học thay vì quang hợp để lấy năng lượng. Chúng có thể lấy năng lượng của các vụ phun trào, sunfua được giải phóng và các chất hóa học khác để trải qua các hoạt động trao đổi chất.

Trong số tất cả sự sống trên Trái Đất, loài có sức sống bền bỉ nhất được nhân loại phát hiện là tardigrade (hay còn được gọi là gấu nước), đây là loài động vật không xương sống nhỏ bé, có thể tồn tại trong điều kiện môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ cao, áp suất cao, nhiệt độ thấp và bức xạ cao. Ngay cả trong môi trường bức xạ của môi trường chân không ngoài vũ trụ, nó vẫn có thể tồn tại ở trạng thái không hoạt động trong một khoảng thời gian.

Từ những ví dụ được giới thiệu ở trên, không khó để nhận thấy sự sống có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt chủ yếu là một số vi sinh vật đặc biệt, đơn giản và cấp độ thấp, ngay cả khi không có ánh sáng Mặt Trời và oxy, chúng vẫn có thể tồn tại và có khả năng thích nghi rất mạnh. 

70% diện tích Trái Đất được bao phủ bởi đại dương, mặc dù sự sống chủ yếu phân bố ở vùng biển nông nhưng các nhà khoa học cũng đã tìm thấy dấu vết của sự sống ở vùng biển sâu cách đó hàng nghìn mét. Vì áp suất ở vùng biển sâu cực kỳ cao nên cuộc sống ở vùng biển sâu rất khác với cuộc sống ở vùng biển nông.

Ngoài việc phát hiện sự sống ở độ sâu hàng nghìn mét dưới đáy biển, các nhà khoa học còn phát hiện ra sự sống ở độ sâu 2.800 mét dưới lòng đất.

Để khai thác các tài nguyên khoáng sản như dầu mỏ và vàng được chôn sâu dưới lòng đất, nơi có độ sâu sâu nhất của các mỏ do con người phát triển đã vượt quá 10.000 mét. Khi con người đào vàng ở những khu vực đặc biệt này, họ đã phát hiện ra một số dạng sống độc đáo.

Năm 2005, tại mỏ vàng có tên "Mboneg" gần Johannesburg, Nam Phi, một nhóm nghiên cứu khoa học đã đến đây, trong hang động mỏ vàng có một khe nứt chứa đầy nước ngầm cách mặt đất 2.800 mét, các nhà nghiên cứu đã thu thập được một số lượng lớn của các mẫu.

Sau khi phân tích mẫu, các nhà khoa học phát hiện trong nước ngầm quả thực có rất nhiều vi sinh vật. Tuy nhiên, sau khi loại trừ dữ liệu mẫu do ô nhiễm vi sinh vật trên mặt đất gây ra, kết quả khiến các nhà khoa học ngạc nhiên, bởi họ phát hiện ra rằng chỉ có một loài duy nhất tồn tại trong khe nứt sâu 2.800 mét dưới lòng đất này. Nói cách khác, vi sinh vật này có thể chưa từng tiếp xúc với các loài khác trong một thời gian dài và sống trong một thế giới hoàn toàn biệt lập.

Vì chúng được tìm thấy ở các mỏ vàng nên chúng thường được gọi là “nấm khoáng vàng”. Vi sinh vật này có hình que, dài trung bình khoảng 4 micron, có khả năng di chuyển và hình thành bào tử.

Nhiệt độ nước ngầm tại khe nứt nơi có vi khuẩn khoáng vàng quanh năm luôn ở mức trên 60 độ C, độ pH khoảng 9,3, quanh năm không có ánh sáng mặt trời và không có oxy. Hầu hết sự sống trên Trái Đất đều không thể tồn tại trong môi trường như vậy, nhưng nấm khoáng vàng có thể tồn tại và phát triển một cách bình thường.

Vậy làm thế nào vi khuẩn nấm khoáng vàng có thể tồn tại trong các vết nứt dưới lòng đất sâu 2.800 mét? Kết quả nghiên cứu cho thấy trong môi trường nơi vi khuẩn nấm khoáng vàng sinh sống có một số nguyên tố phóng xạ, chính một phần năng lượng giải phóng khi các nguyên tố phóng xạ này phân rã đáp ứng nhu cầu sinh tồn của vi khuẩn nấm khoáng vàng. Vi khuẩn nấm khoáng vàng có thể sử dụng năng lượng này để tổng hợp các hợp chất hữu cơ chúng cần từ nước, carbon dioxide, sulfide và nitơ trong đá để duy trì quá trình trao đổi chất.

Phải nói rằng khả năng sinh tồn trong môi trường khắc nghiệt của những dạng sống này thật đáng kinh ngạc, những môi trường này có thể là địa ngục đối với các dạng sống khác, nhưng đối với những dạng sống đã thích nghi với những môi trường này, chúng đã tìm ra cách sinh tồn độc đáo. Việc nghiên cứu các dạng sống cực đoan này giúp con người hiểu rõ hơn về nguồn gốc và quá trình tiến hóa của sự sống, tìm kiếm sự sống ngoài Trái Đất và phát triển công nghệ sinh học mới.