Sự sống ở những nơi "tận cùng trái đất”

Life in the cracks - một phần sa mạc Atacama Desert của Chile không hề có giọt mưa nào trong suốt 50 năm (Hình: Thinkstock).

Tại sa mạc Atacama thuộc bắc Chile, dường như không gì có thể tồn tại được. Đây là một trong những nơi khô hạn nhất thế giới; một số chỗ thì giống như sao Hỏa và suốt 50 năm không hề có một giọt nước mưa.

Nhà thơ Alonso de Ercilla viết hồi 1959: “Tới Atacama gần với bờ biển hoang vắng, bạn sẽ thấy một vùng đất không bóng người, không cánh chim, không con thú, không cả một nhành cây ngọn cỏ”.

Thế nhưng Atacama không phải là nơi không có sự sống.

Các loài vi sinh vật được gọi là endolith tồn tại bằng cách náu mình vào lỗ chân lông các tảng đá, nơi chỉ có lượng nước vừa đủ cho chúng sinh tồn.

“Chúng hỗ trợ cho toàn bộ cộng đồng các sinh vật chuyên ăn các thứ phẩm mà chúng thải ra trong quá trình trao đổi chất,” Jocelyne DiRuggiero, một nhà vi sinh vật học từ Đại học Johns Hopkins nói. “Mà tất cả các loài vi sinh vật đó đều cùng náu trong các tảng đá, khá là thú vị”.

Sự sống dường như luôn tìm được cách thích hợp để đối phó với hoàn cảnh.

Các loài vi sinh vật thực tế đã tồn tại từ gần 4 tỷ năm nay, một thời gian đủ dài để chúng có thể thích nghi được với một số những điều kiện sống khắc nghiệt nhất trong thế giới tự nhiên.

Nhưng liệu trên trái đất có nơi nào quá nghiệt ngã khiến chúng phải chịu thua?

Nhiệt độ cực cao

Loài vi sinh vật sống dưới đáy biển sâu này sống trong điều kiện cực nóng ở miệng giếng phun thủy nhiệt ở Đại Tây Dương (Hình: Philippe Crassous/SPL).

Sự sống sinh sôi quanh rìa miệng giếng phun thủy nhiệt dưới đáy biển sâu, nhưng hầu như không sinh vật nào chịu được nhiệt độ cao hơn bên trong giếng (Hình: B Murton/Southampton Oceanography Centre/SPL).

Sức nóng là một điểm khởi đầu tốt cho quá trình đi tìm lời đáp cho câu hỏi này.

Khả năng chịu nóng kỷ lục hiện đang thuộc về nhóm các vi sinh vật được gọi là hyperthermophile methanogens, có khả năng sinh sôi ở rìa giếng phun thủy nhiệt nằm sâu dưới đáy biển. Một số có thể sinh sôi ở nhiệt độ tới 122 độ C.

Tuy nhiên, hầu hết các nhà nghiên cứu tin rằng 150 độ C trên lý thuyết là mức nóng tối đa mà sự sống có thể chịu được.

Ở nhiệt độ đó, các chất protein bị phân hủy, các phản ứng hóa học không thể diễn ra, khiến sự sống không thể tồn tại trên trái đất.

Điều này có nghĩa là các loài vi sinh vật có thể tồn tại được ở xung quanh các miệng giếng phun thủy nhiệt dưới đáy biển, nhưng không thể là ở bên trong, nơi mà nhiệt độ có thể lên tới 464 độ C.

Với các núi lửa đang tồn tại trên mặt đất cũng vậy. “Tôi thực sự cho rằng nhiệt độ là tham số khắc nghiệt nhất,” Helena Santos nói. Bà là nhà nghiên cứu chuyên về vi sinh vật tại Đại học New University Lisbon đồng thời là chủ tịch hiệp hội quốc tế chuyên nghiên cứu các điều kiện sống khắc nghiệt, International Society for Extremophiles.

Nghiên cứu về lớp vỏ nằm sâu dưới mặt đất cho thấy sự sống vẫn tồn tại ở nơi có nhiệt độ cực cao và áp suất cực lớn (Hình: Toshifumi Kitamura/AFP/Getty).

Khi nóng tới mức độ nào đó thì “sự sống sẽ không thể tồn tại, mọi thứ đều bị phá hủy”, bà nói.

Ngược lại, áp suất cao gây ít tác hại hơn đối với sự sống. Tức là nhiều khả năng nhiệt độ cao chứ không phải độ sâu mới là tác nhân dẫn tới việc sự sống có thể tồn tại sâu tới đâu dưới bề mặt trái đất.

Ở lõi trái đất, mức nhiệt 6.000 độ C rõ ràng không thể tồn tại được bất kỳ sự sống nào, tuy người ta vẫn đang tìm hiểu xem mức sâu tối đa là bao nhiêu.

Một loài vi sinh vật có tên gọi là Desulforudis audaxviator đã được phát hiện ở độ sau gần 3,2km dưới lòng đất tại một mỏ vàng ở Nam Phi. Có lẽ nó chưa từng tiếp xúc với bề mặt Trái Đất từ hàng triệu năm qua và tồn tại được nhờ vào việc hút dưỡng chất mà các khối đá hấp thụ được từ quá trình phân rã phóng xạ.

Nhiệt độ cực thấp

Sự sống cũng tồn tại ở những nơi có thái cực nghiệt ngã khác – nơi nhiệt độ cực lạnh. Vi khuẩn thuộc chi Psychrobacter có thể sống tốt ở nơi dưới âm 10 độ C của vùng băng giá vĩnh cửu thuộc Siberia và ở vùng bùn sông băng của Nam Cực.

Một loại vi khuẩn lạ tồn tại bên dưới sông băng Taylor Glacier ở Nam Cực, sống nhờ vào chất sulphur và chất sắt (Hình: Wikimedia Commons).

Các tế bào sống gần đây đã xuất hiện ở một hồ bùn nằm dưới lớp băng Nam Cực. Hồ Deep Lake siêu mặn của Nam Cực là nơi có những loài sinh vật chịu mặn độc đáo sinh sống ngay cả ở mức âm 20 độ C.

Để tồn tại được ở những môi trường như thế này, các loài vi sinh vật phải có những cấu tạo phù hợp giúp chúng thích nghi được với hoàn cảnh, như có lớp màng hoặc có cấu trúc protein đặc biệt, và có các phân tử chống đóng băng trong tế bào.

Bởi trái đất từng bị băng giá bao phủ nhiều lần kể từ khi sự sống bắt đầu thành hình, “một cái hồ phủ đầy băng ở Nam Cực chưa phải là đã quá khắc nghiệt,” Jill Mikuchi, nhà vi sinh vật học từ Đại học Tennessee nói.

Phóng xạ và hóa chất

Phóng xạ thường cũng không chặn được các vi sinh vật, nếu không nằm trực tiếp trên đường nổ của nguyên tử, là điều sẽ khiến chúng bị cháy trụi, thì chúng có thể sinh sôi trong các thùng chứa chất thải phóng xạ hoặc ở gần trung tâm nơi xảy ra thảm họa Chernobyl chẳng hạn.

Phóng xạ từ vụ nổ hạt nhân Chernobyl giết chết nhiều thứ, nhưng có những sinh vật vẫn sinh sôi nảy nở ngay cả bên trong các thùng chứa chất thải hạt nhân (Hình: Thinkstock).

Deinococcus radiodurans, một trong những loại vi sinh vật kháng sóng vô tuyến mạnh nhất, đã tồn tại được trong các hành trình vào vũ trụ và chịu được các liều phóng xạ tới 15.000 gray (tức đơn vị đo mức hấp thụ phóng xạ). Mức phóng xạ chỉ 5 gray đã đủ để gây tử vong ở người.

Tương tự, ở những nơi chúng ta coi là môi trường hóa chất gây chết người thì một số loài chịu được điều kiện khắc nghiệt lại thấy đó là môi trường sống lý tưởng.

Một số loài sinh vật cần có chất độc arsenic, thủy ngân hay các kim loại nặng khác mới phát triển và tồn tại được, trong lúc lại có một số loài thích môi trường cyanua.

Trong những mùa hè nóng nực ở Kamchatka của Nga, nhiều vi sinh vật dựa vào sulphur hoặc khí carbon monoxide để tiến hành trao đổi chất.

“Khó mà tìm thấy một hóa chất nào có khả năng giết chết tất cả mọi sự sống,” Frank Robb, một nhà vi sinh vật học từ Đại học Maryland nói.

Ở các suối nước nóng của Kamchatka tại Nga, các sinh vật tồn tại trong môi trường chất sulphur và carbon monoxide (Hình: Thinkstock).

Hồ Salty, rocky, lifeless? The Don Juan Pond ở Nam Cực là nơi "siêu mặn" khiến hầu hết các loài sinh vật không thể tồn tại được (Hình: Kevin Schafer/Alamy).

Tuy nhiên, có thể có những ngoại lệ đơn lẻ. Hồ Don Juan Pond ở Nam Cực là nơi mặn nhất trên trái đất mà con người từng biết tới với tỷ lệ mặn lên tới 40%, trong lúc ở Biển Chết, tỷ lệ này là khoảng 33%.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra dấu vết của sự sống vi sinh trong hồ này, nhưng họ vẫn đang tìm hiểu xem liệu đó có phải là những vi sinh thực sự sinh sôi phát triển tại đây không, hay đó chỉ là các vi sinh vật từ nơi khác theo gió cuốn tới.

Don Juan Pond được coi là “một ví dụ về nơi trên trái đất mà chúng ta cho là có tồn tại sự sống, nhưng lại không thể xác định được là có sự hiện diện của sự sống tại đó,” Corien Bakermans, một nhà vi sinh vật học từ Đại học Penn State nói.

Vào lúc này, nhiệt độ cực cao và một số môi trường thí nghiệm nhân tạo khác có lẽ là những nơi duy nhất có các điều kiện mà ta có lẽ không thể tìm thấy sự sống nào.

Các sinh vật mới thường được phát hiện khiến con người thay đổi giới hạn nhận thức về sự sống, tuy chúng ta vẫn chưa xác định được đâu sẽ là ranh giới cuối cùng. Hay nói như Santos, “Những thứ không tồn tại thì khó chứng minh hơn so với những thứ có tồn tại.”

Ngay cả khi nếu có những nơi nào đó trong thế giới tự nhiên vắng bóng sự sống, thì nếu môi trường đó được duy trì liên tục trong một thời gian dài, nhiều khả năng các sinh vật sẽ luôn tìm được cách để thích nghi.

“Hãy cho chúng đủ thời gian và rồi chúng sẽ tìm ra cách,” DiRuggiero nói.