Đất ở dãy núi đá tại trung tâm Nam Cực chưa bao giờ chứa vi sinh vật.
Lần đầu tiên, các nhà khoa học phát hiện ra rằng dường như không có sự sống trong đất trên bề mặt Trái đất. Đất đến từ hai dãy núi đá gió thổi mạnh ở bên trong Nam Cực, cách Nam Cực 300 dặm, nơi hàng ngàn feet băng xuyên qua các ngọn núi.
“Mọi người luôn nghĩ rằng vi khuẩn rất khỏe mạnh và có thể sống ở bất cứ đâu”, Noah Firer, một nhà sinh thái học vi khuẩn tại Đại học Colorado Boulder, người có nhóm nghiên cứu về đất, cho biết. Rốt cuộc, người ta đã tìm thấy các sinh vật đơn bào sống trong các lỗ thông thủy nhiệt có nhiệt độ vượt quá 200 độ F, trong các hồ nước dưới nửa dặm băng ở Nam Cực và thậm chí là ở độ cao 120.000 feet so với tầng bình lưu của Trái đất. Nhưng sau một năm làm việc, Ferrer và nghiên cứu sinh tiến sĩ Nicholas Dragon vẫn chưa tìm thấy bất kỳ dấu hiệu nào của sự sống trong đất Nam Cực mà họ thu thập được.
Firer và Dragone đã nghiên cứu đất từ ​​11 dãy núi khác nhau, đại diện cho nhiều điều kiện khác nhau. Những loại đất đến từ các vùng núi thấp hơn và ít lạnh hơn có chứa vi khuẩn và nấm. Nhưng ở một số ngọn núi thuộc hai dãy núi cao nhất, khô nhất và lạnh nhất thì không có dấu hiệu của sự sống.
“Chúng ta không thể nói rằng chúng vô trùng,” Ferrer nói. Các nhà vi sinh vật học đã quen với việc tìm thấy hàng triệu tế bào trong một thìa đất. Do đó, một số lượng rất nhỏ (ví dụ 100 tế bào sống) có thể thoát khỏi sự phát hiện. “Nhưng theo như chúng ta biết, chúng không chứa bất kỳ vi sinh vật nào.”
Cho dù một số loại đất thực sự không có sự sống hay sau đó được phát hiện có chứa một số tế bào sống sót, những phát hiện mới được công bố gần đây trên tạp chí JGR Biogeosciences có thể giúp ích cho việc tìm kiếm sự sống trên sao Hỏa. Đất Nam Cực bị đóng băng vĩnh viễn, chứa đầy muối độc hại và không có nhiều nước lỏng trong hai triệu năm—tương tự như đất sao Hỏa.
Chúng được thu thập trong chuyến thám hiểm do Quỹ Khoa học Quốc gia tài trợ vào tháng 1 năm 2018 đến các khu vực xa xôi của Dãy núi xuyên Nam Cực. Chúng đi qua bên trong lục địa, tách cao nguyên cực cao ở phía đông khỏi lớp băng thấp ở phía tây. Các nhà khoa học đã dựng trại trên Sông băng Shackleton, một băng chuyền dài 60 dặm chảy xuống một vực thẳm trên núi. Họ sử dụng trực thăng để bay lên độ cao lớn và thu thập các mẫu vật lên xuống sông băng.
Trong những ngọn núi ấm áp, ẩm ướt dưới chân một sông băng, chỉ cao hơn mực nước biển vài trăm feet, họ phát hiện ra rằng đất là nơi sinh sống của những loài động vật nhỏ hơn hạt vừng: giun cực nhỏ, tardigrade tám chân, luân trùng và những loài giun nhỏ xíu. được gọi là springtail. Côn trùng có cánh. Những loại đất cát trơ trụi này chứa ít hơn một phần nghìn lượng vi khuẩn có trong một bãi cỏ được cắt tỉa cẩn thận, đủ để cung cấp thức ăn cho những loài động vật ăn cỏ nhỏ ẩn núp bên dưới bề mặt.
Nhưng những dấu hiệu của sự sống này dần biến mất khi nhóm nghiên cứu đến thăm những ngọn núi cao hơn sâu hơn trong sông băng. Ở đỉnh sông băng, họ đã đến thăm hai ngọn núi—Núi Schroeder và Núi Roberts—cao hơn 7.000 feet.
Chuyến thăm Núi Schroeder thật tàn khốc, Byron Adams, một nhà sinh vật học tại Đại học Brigham Young ở Provo, Utah, người đứng đầu dự án, nhớ lại. Nhiệt độ vào ngày hè này gần 0°F. Gió hú từ từ làm bốc hơi băng và tuyết, để lại những ngọn núi trơ trụi, một mối đe dọa liên tục đối với việc nhấc và ném những chiếc xẻng làm vườn mà họ mang theo để đào cát. Vùng đất này được bao phủ bởi những tảng đá núi lửa màu đỏ đã bị xói mòn trong hàng trăm triệu năm bởi gió và mưa, khiến chúng trở nên rỗ và bóng loáng.
Khi các nhà khoa học nhấc tảng đá lên, họ phát hiện ra rằng phần đế của nó được bao phủ bởi một lớp muối trắng—các tinh thể độc hại của perchlorate, chlorate và nitrate. Perchlorate và chlorate, các loại muối ăn mòn phản ứng được sử dụng trong nhiên liệu tên lửa và thuốc tẩy công nghiệp, cũng được tìm thấy rất nhiều trên bề mặt sao Hỏa. Không có nước để rửa trôi, muối tích tụ trên những ngọn núi khô cằn ở Nam Cực này.
"Giống như việc lấy mẫu trên sao Hỏa vậy", Adams nói. Khi bạn cắm xẻng vào, "bạn biết rằng bạn là người đầu tiên làm xáo trộn đất mãi mãi—có thể là hàng triệu năm".
Các nhà nghiên cứu cho rằng ngay cả ở độ cao như vậy và trong điều kiện khắc nghiệt nhất, họ vẫn có thể tìm thấy các vi sinh vật sống trong đất. Nhưng những kỳ vọng đó bắt đầu phai nhạt vào cuối năm 2018, khi Dragon sử dụng một kỹ thuật gọi là phản ứng chuỗi polymerase (PCR) để phát hiện DNA vi khuẩn trong đất. Dragon đã thử nghiệm 204 mẫu từ các ngọn núi phía trên và phía dưới sông băng. Các mẫu từ những ngọn núi thấp hơn, mát hơn cho ra một lượng lớn DNA; nhưng hầu hết các mẫu (20%) từ độ cao lớn, bao gồm hầu hết từ Núi Schroeder và Roberts Massif, không được thử nghiệm để tìm ra bất kỳ kết quả nào, cho thấy chúng chứa rất ít vi sinh vật hoặc có lẽ không có gì cả.
Ferrell cho biết: "Khi anh ấy bắt đầu cho tôi xem một số kết quả, tôi nghĩ rằng 'Có điều gì đó không ổn'". Anh ấy nghĩ rằng có thể có điều gì đó không ổn với mẫu hoặc thiết bị phòng thí nghiệm.
Sau đó, Dragon tiến hành một loạt các thí nghiệm bổ sung để tìm kiếm dấu hiệu của sự sống. Ông xử lý đất bằng glucose để xem liệu một số sinh vật trong đất có chuyển đổi nó thành carbon dioxide hay không. Ông đang cố gắng khám phá ra một loại hóa chất gọi là ATP, được tất cả sự sống trên Trái đất sử dụng để lưu trữ năng lượng. Trong nhiều tháng, ông đã canh tác các mảnh đất trong nhiều hỗn hợp dinh dưỡng khác nhau, cố gắng thuyết phục các vi sinh vật hiện có phát triển thành các khuẩn lạc.
“Nick đã ném bồn rửa chén vào những mẫu đất này,” Ferrell nói. Mặc dù có tất cả các cuộc thử nghiệm này, ông vẫn không tìm thấy gì trong một số loại đất. “Thật sự đáng kinh ngạc.”
Jacqueline Gurdial, một nhà vi sinh vật học môi trường tại Đại học Guelph ở Canada, gọi kết quả này là "hấp dẫn", đặc biệt là những nỗ lực của Dragon nhằm xác định những yếu tố nào ảnh hưởng đến khả năng tìm thấy vi sinh vật ở một địa điểm nhất định. Ông phát hiện ra rằng độ cao lớn và nồng độ clorat cao là những yếu tố dự báo mạnh nhất về việc không phát hiện ra sự sống. "Đây là một khám phá rất thú vị", Goodyear cho biết. "Điều này cho chúng ta biết rất nhiều về giới hạn của sự sống trên Trái đất".
Cô ấy không hoàn toàn tin rằng đất ở đây thực sự không có sự sống, một phần là do những trải nghiệm của cô ở một nơi khác tại Nam Cực.
Vài năm trước, bà đã nghiên cứu đất từ ​​một môi trường tương tự ở dãy núi Transantarctic, một nơi cách sông băng Shackleton 500 dặm về phía tây bắc có tên là University Valley, nơi có thể không có độ ẩm đáng kể hoặc nhiệt độ tan chảy trong 120.000 năm. Khi bà ủ nó trong 20 tháng ở 23°F, nhiệt độ mùa hè điển hình ở thung lũng, đất không có dấu hiệu của sự sống. Nhưng khi bà đun nóng các mẫu đất lên vài độ trên mức đóng băng, một số mẫu cho thấy sự phát triển của vi khuẩn.
Ví dụ, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các tế bào vi khuẩn vẫn sống ngay cả sau hàng ngàn năm trong các sông băng. Khi chúng bị mắc kẹt, quá trình trao đổi chất của tế bào có thể chậm lại một triệu lần. Chúng chuyển sang trạng thái không còn phát triển nữa mà chỉ sửa chữa tổn thương DNA do tia vũ trụ xuyên qua băng. Goodyear suy đoán rằng những "sinh vật sống sót chậm chạp" này có thể là những sinh vật mà bà tìm thấy ở College Valley—bà nghi ngờ rằng nếu Dragone và Firer phân tích nhiều đất hơn gấp 10 lần, họ có thể đã tìm thấy chúng ở Roberts Massif hoặc Schroeder Mountain.
Brent Christner, người nghiên cứu vi khuẩn Nam Cực tại Đại học Florida ở Gainesville, tin rằng những loại đất khô ở độ cao lớn này có thể giúp cải thiện việc tìm kiếm sự sống trên sao Hỏa.
Ông lưu ý rằng tàu vũ trụ Viking 1 và Viking 2, hạ cánh trên sao Hỏa vào năm 1976, đã tiến hành các thí nghiệm phát hiện sự sống dựa trên một phần các nghiên cứu về đất trũng gần bờ biển Nam Cực, một khu vực được gọi là Thung lũng khô. Một số loại đất này trở nên ẩm ướt do nước tan chảy vào mùa hè. Chúng không chỉ chứa các vi sinh vật mà ở một số nơi còn chứa cả giun nhỏ và các loài động vật khác.
Ngược lại, lớp đất khô và cao hơn của Núi Roberts và Núi Schroeder có thể cung cấp địa điểm thử nghiệm tốt hơn cho các thiết bị trên Sao Hỏa.
“Bề mặt sao Hỏa rất tệ”, Christner nói. “Không có sinh vật nào trên Trái Đất có thể sống sót trên bề mặt”—ít nhất là một hoặc hai inch trên cùng. Bất kỳ tàu vũ trụ nào đến đó để tìm kiếm sự sống đều phải được chuẩn bị để hoạt động ở một số nơi khắc nghiệt nhất trên Trái Đất.
Bản quyền © 1996–2015 National Geographic Society. Bản quyền © National Geographic Partners, LLC, 2015-2023. Bảo lưu mọi quyền.