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 này đến từ hai dãy núi đá gió mạnh ở sâu trong Nam Cực, cách Nam Cực 482 km, nơi hàng ngàn feet băng xuyên qua các ngọn núi.
“Mọi người vẫn luôn nghĩ rằng vi khuẩn rất khỏe mạnh và có thể sống ở bất cứ đâu”, Noah Firer, nhà sinh thái học vi sinh vật tại Đại học Colorado Boulder, người có nhóm nghiên cứu về đất, cho biết. Suy cho cùng, các sinh vật đơn bào đã được tìm thấy sống trong các miệng phun thủy nhiệt với nhiệt độ trên 200 độ F (khoảng 90 độ C), trong các hồ nước sâu dưới lớp băng dày nửa dặm ở Nam Cực, và thậm chí ở độ cao 120.000 feet (khoảng 36.000 mét) so với tầng bình lưu của Trái Đất. Nhưng sau một năm nghiên cứu, 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. Đất từ ​​các vùng núi thấp hơn và ít lạnh hơn có chứa vi khuẩn và nấm. Tuy nhiên, ở một số ngọn núi thuộc hai dãy núi cao nhất, khô nhất và lạnh nhất, không có dấu hiệu của sự sống.
"Chúng tôi 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 tôi 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 một 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, ngăn cách cao nguyên cực cao ở phía đông với lớp băng thấp ở phía tây. Các nhà khoa học đã dựng trại trên Sông băng Shackleton, một băng chuyền dài 96 km chảy xuống một vực sâu trên núi. Họ sử dụng trực thăng để bay lên độ cao lớn và thu thập mẫu vật dọc theo sông băng.
Trên những ngọn núi ấm áp, ẩm ướt dưới chân một sông băng, chỉ cao vài trăm feet so với mực nước biển, họ phát hiện ra rằng đất là nơi sinh sống của những loài động vật nhỏ hơn cả hạt vừng: giun cực nhỏ, tardigrade tám chân, luân trùng và những con giun nhỏ xíu gọi là springtail. Côn trùng có cánh. Những vùng đất cát trơ trụi này chứa chưa đến 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 dần biến mất khi nhóm nghiên cứu đến thăm những ngọn núi cao hơn nằm sâu hơn trong sông băng. Trên đỉnh sông băng, họ đã đến thăm hai ngọn núi—Núi Schroeder và Núi Roberts—cao hơn 7.000 feet (khoảng 2.100 mét).
Những chuyến viếng thăm Núi Schroeder thật khắc nghiệt, Byron Adams, nhà sinh vật học tại Đại học Brigham Young ở Provo, Utah, người dẫn đầu dự án, nhớ lại. Nhiệt độ ngày hè năm ấy gần 0°F. Gió hú từ từ làm bốc hơi băng tuyết, để lại những ngọn núi trơ trụi, luôn là mối đe dọa 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 đá núi lửa màu đỏ đã bị xói mòn qua hàng trăm triệu năm bởi gió và mưa, khiến chúng trở nên rỗ và nhẵn bóng.
Khi các nhà khoa học nhấc tảng đá lên, họ phát hiện ra rằng đáy của nó được bao phủ bởi một lớp muối trắng - những tinh thể độc hại của perchlorate, chlorate và nitrate. Perchlorate và chlorate, những loại muối ăn mòn được sử dụng trong nhiên liệu tên lửa và thuốc tẩy công nghiệp, cũng được tìm thấy rất nhiều trên bề mặt sao Hỏa. Do không có nước để rửa trôi, muối tích tụ trên những ngọn núi khô cằn ở Nam Cực này.
"Giống như lấy mẫu trên sao Hỏa vậy," Adams nói. "Khi bạn cắm xẻng xuống, bạn biết mình là thứ đầu tiên làm xáo trộn đất đai sau hàng triệu năm - có thể là mãi mãi."
Các nhà nghiên cứu cho rằng ngay cả ở độ cao lớn như vậy và trong điều kiện khắc nghiệt nhất, họ vẫn có thể tìm thấy 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 sinh vật 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 các vùng cao, bao gồm hầu hết từ Núi Schroeder và Khối núi Roberts, không được thử nghiệm để tìm ra bất kỳ kết quả nào, cho thấy chúng chứa rất ít hoặc có lẽ không có vi sinh vật nào cả.
"Khi anh ấy bắt đầu cho tôi xem kết quả, tôi đã nghĩ, 'Có gì đó không ổn'", Ferrell nói. Anh ấy nghĩ chắc hẳn có vấn đề gì đó với mẫu vật 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 hóa nó thành carbon dioxide hay không. Ông đang cố gắng khám phá ra một chất hóa học gọi là ATP, được mọi sự sống trên Trái Đất sử dụng để dự trữ năng lượng. Trong nhiều tháng, ông đã canh tác các mảnh đất với nhiều hỗn hợp dinh dưỡng khác nhau, cố gắng thuyết phục các vi sinh vật hiện có phát triển thành các quần thể.
"Nick đã dùng cả bồn rửa bát để quét sạch những mẫu đất này," Ferrell nói. Bất chấp tất cả những thử nghiệm này, anh ấy vẫn không tìm thấy gì trong một số loại đất. "Thật đáng kinh ngạc."
Jacqueline Gurdial, nhà vi sinh vật học môi trường tại Đại học Guelph ở Canada, nhận định kết quả này "rất hấp dẫn", đặc biệt là nỗ lực của Dragon trong việc 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 được sự sống. "Đây là một khám phá rất thú vị", Goodyear nói. "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 kinh 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 800 km về phía tây bắc, được gọi là Thung lũng Đại học, nơi có thể không có độ ẩm đáng kể hay nhiệt độ tan chảy trong 120.000 năm. Khi bà ủ đất trong 20 tháng ở nhiệt độ -10°C, nhiệt độ mùa hè điển hình ở thung lũng, đất không hề có dấu hiệu của sự sống. Nhưng khi bà nung 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 sót ngay cả sau hàng nghìn năm trong các sông băng. Khi bị mắc kẹt, quá trình trao đổi chất của tế bào có thể chậm lại hàng triệu lần. Chúng chuyển sang trạng thái không còn phát triển nữa mà chỉ sửa chữa những tổn thương DNA do tia vũ trụ xuyên qua băng gây ra. 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 lượng đất nhiều 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 xuống sao Hỏa năm 1976, đã thực hiện các thí nghiệm phát hiện sự sống, một phần dựa trên nghiên cứu về đất trũng gần bờ biển Nam Cực, một khu vực được gọi là Thung lũng Khô. Một số loại đất này bị ướt do nước tan chảy vào mùa hè. Chúng không chỉ chứa vi sinh vật mà ở một số nơi còn có cả giun nhỏ và các loài động vật khác.
Ngược lại, đất khô và cao hơn của Núi Roberts và Núi Schroeder có thể cung cấp nơi thử nghiệm tốt hơn cho các thiết bị trên sao Hỏa.
“Bề mặt Sao Hỏa rất khắc nghiệt,” Christner nói. “Không sinh vật nào trên Trái Đất có thể sống sót trên bề mặt này” – ít nhất là một hoặc hai inch bề mặt 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 của Hiệp hội Địa lý Quốc gia. Bản quyền © National Geographic Partners, LLC, 2015-2023. Bảo lưu mọi quyền.