Phát hiện hệ sinh thái "bị thất lạc" trên Trái đất

Stromatolite là các lớp đá được tạo ra bởi sự phát triển của tảo xanh lam, hay vi khuẩn lam, thông qua quá trình quang hợp. Theo Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ NASA, các cấu trúc này được xem là một trong những hệ sinh thái lâu đời nhất trên Trái đất, đại diện cho bằng chứng hóa thạch sớm nhất về sự sống trên hành tinh xuất hiện vào khoảng 3 tỷ năm trước.

Ông Brian Hynek, Giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Colorado Boulder cho rằng một số hóa thạch vĩ mô đã xuất hiện trên hành tinh từ rất sớm và thực sự là một loại môi trường hiếm có trên Trái đất hiện đại. Hình ảnh này giống với hệ sinh thái vi sinh vật lâu đời nhất có niên đại khoảng 3,7 tỷ năm.

Các đá stromatolite khổng lồ cổ từng phổ biến trong thời kỳ Tiền Cambri của Trái đất, bao gồm khoảng thời gian ban đầu từ 4,6 tỷ đến 541 triệu năm trước, nhưng hiện nay chúng phân bố thưa thớt trên khắp thế giới.

Theo Tổ chức bảo tồn phi lợi nhuận Bush Heritage Australia, các khu vực phát triển đá stromatolite tốt nhất là ở Bahamas và khu vực Vịnh Shark ở Tây Úc.

Ông Hynek nhận định đá stromatolite hiện đại tương đối nhỏ, trong khi đá stromatolite cổ thường cao tới 6m và rộng từ 5m đến 7m. Theo thông tin từ Đại học Colorado Boulder, bên dưới vùng nước của đầm phá Puna de Atacama, các đá stromatolite mới được phát hiện gần đây rộng tới 15 feet (4,5 mét) và cao vài feet.

Stromatolite cũng là loại đá trầm tích cổ được tạo ra nhờ sự phát triển của vi sinh vật. Stromatolites có xu hướng phát triển trong điều kiện kiềm nhưng hệ thống đầm phá ở Puna de Atacama lại có tính axit. Ông Hynek cho biết đá stromatolite được tìm thấy ngày nay hầu hết đều là đá cacbonat (làm từ đá vôi), nhưng những cấu trúc này chủ yếu bao gồm các khoáng chất thạch cao và halit (muối đá).

"Không rõ tại sao stromatolite lại lớn đến vậy, nhưng nếu hệ sinh thái nội địa không bị xáo trộn trong một thời gian dài thì loại đá này sẽ phát triển mà không bị cản trở.

Đá stromatolite cổ

Không giống như stromatolite hiện đại, stromatolite cổ phát triển trong thời kỳ bầu khí quyển thiếu oxy. Trong những điều kiện như vậy, vi khuẩn đã sử dụng quá trình quang hợp thiếu oxy, không cần oxy, để chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành các hợp chất hỗ trợ tế bào sống.

"Thật ngoạn mục khi tìm thấy các cấu trúc sinh học (được tạo ra bởi các sinh vật sống) ở độ cao bất thường. Vấn đề chính với phát hiện này là chúng được hình thành khi có oxy trong khí quyển hiện tại nhưng cách đây 2,3 tỷ năm trước thì không có oxy", ông Pieter Visscher, Giáo sư khoa học biển tại Đại học Connecticut, người đã nghiên cứu sâu rộng về stromatolite cho biết.

Trong khi các stromatolite hiện đại ở trong môi trường chứa oxy, ông Hynek tin rằng các lớp sâu hơn trong đá có rất ít hoặc không có khả năng tiếp cận với oxy sẽ được hình thành tích cực bởi các vi khuẩn sử dụng quá trình quang hợp thiếu oxy. Điều này cho rằng các cấu trúc phát hiện tương tự như những cấu trúc được tìm thấy trên Trái đất cổ đại.

Bên cạnh đó, nhà khoa học Hynek cũng phát hiện ra hệ thống đầm phá thông qua hình ảnh vệ tinh vào tháng 4/2022 khi ông đang nghiên cứu một đầm phá khác ở tây bắc Argentina có stromatolite nhỏ hơn cùng với các vi khuẩn sử dụng quá trình quang hợp thiếu oxy.

"Chúng tôi không chắc liệu các vi khuẩn có tham gia tích cực vào quá trình phát triển hay không – cụ thể là trong các stromatolite mới được phát hiện, nhưng vẫn nghĩ khả năng là có. Hiện chúng tôi vẫn chưa thực hiện các thí nghiệm để tìm ra phần đó. Còn rất nhiều việc phải làm. Chúng tôi mới chỉ mới phát hiện ra và hầu như không làm trầy xước bề mặt."

Cả hai nhà khoa học Hynek và Farías đã trình bày những phát hiện mới này vào tháng 12 tại cuộc họp năm 2023 của Hiệp hội Địa vật lý Hoa Kỳ ở San Francisco.

Sự sống trên sao Hỏa

Nhà khoa học Hynek nói rằng nếu stromatolite được tạo ra bởi vi khuẩn bằng cách sử dụng quá trình quang hợp thiếu oxy, khám phá này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng có tồn tại sự sống trên sao Hỏa cổ đại.

"Chúng tôi đã xác định được hơn 600 hồ cổ trên sao Hỏa; thậm chí là đại dương. Vì vậy, ngay từ đầu hành tinh này đã giống Trái đất rất nhiều. Các khoáng chất thạch cao và halit, được tìm thấy trong đá stromatolite ở Argentina, cũng có trong các mỏ muối trên khắp sao Hỏa. Nếu sao Hỏa từng phát triển sự sống thông qua quá trình quang hợp thì đây chính là loại vật chất mà chúng tôi đang tìm kiếm (stromatolites)", ông Hynek nhấn mạnh.

Ông Hynek, hiện cũng là cộng tác viên nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Vật lý Khí quyển và Không gian của Đại học Colorado Boulder.

"Nếu chúng ta định tìm thấy bất kỳ loại hóa thạch nào trên Sao Hỏa, thì khả năng sẽ là stromatolite bởi vì đây là những hóa thạch lâu đời nhất trong hồ sơ đá của Trái đất. Stromatolite trên sao Hỏa? Một cú sút xa, nhưng ai biết được. Cho đến nay, không có cacbonat trên bề mặt Sao Hỏa, nhưng việc tìm kiếm vẫn tiếp tục," chuyên gia Visscher nói về những dấu hiệu tiềm ẩn của sự sống ở đây./.