‘Mỏ vàng đặc biệt’ ở nơi khắc nghiệt của Trái Đất: Quý hơn lithium, giới khoa học săn tìm!

Khai thác mỏ có lịch sử lâu đời ở Atacama và ngày nay sa mạc là nguồn cung cấp lithium chính, trong số các kim loại khác. Ảnh chụp từ trên không này cho thấy hoạt động khai thác lithium trong lưu vực muối của sa mạc. Nguồn ảnh: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO

Khai thác khoáng sản đã tạo nên dấu ấn rất riêng trên sa mạc Atacama. Nhìn từ không gian, Salar de Atacama, một bãi muối có kích thước gần gấp 4 lần thành phố New York (Mỹ), hiển lên các mỏ liti màu nhạt. Các mỏ vàng và đồng xuất hiện dưới dạng các mỏ đào, như những vết sẹo trên bề mặt sa mạc khô cằn.

Trên mặt đất cũng vậy, không khó để tìm thấy các di tích về lịch sử khai phá của khu vực. Gần nơi Gómez-Silver thu thập đá muối ở vùng Yungay là một nghĩa trang với những ngôi mộ có niên đại từ những năm 1800 đến giữa thế kỷ 20. Họ là công nhân của các mỏ muối bị bỏ hoang và gia đình của họ.

‘MỎ VÀNG ĐẶC BIỆT’ CỦA NHÀ KHOA HỌC

Năm 1994, Đại học Antofagasta (Chile) thiết lập một trạm nghiên cứu nhỏ ở Yungay với sự hỗ trợ của NASA, nơi các nhà thiên văn học quan tâm đến điều kiện khắc nghiệt giống sao Hỏa của sa mạc Atacama.

NASA đã bắt đầu nghiên cứu liệu sự sống có thể tồn tại trong đất và đá khô ở đây vào giữa những năm 1960 hay không. Nhưng phải đến năm 2003, khi một bài báo nổi tiếng nêu chi tiết lý do tại sao sa mạc Atacama lại là một nơi tương tự sao Hỏa , thì nghiên cứu vi sinh vật trong khu vực mới thực sự bắt đầu thành công. Các cuộc điều tra về Atacama đã tăng lên đều đặn kể từ khi các nhà khoa học từ các lĩnh vực bao gồm sinh thái học, di truyền học và vi sinh học nỗ lực tham gia.

“Tuy nhiên, các nhà khoa học chỉ mới tiếp cận bề nổi của Atacama. Bởi phần lớn sự sống ở đây vẫn chưa được biết đến” – Cristina Dorador, nhà vi sinh vật Atacama tại Đại học Antofagasta (Chile) cho biết.

Cristina Dorador nghiên cứu các thảm vi sinh vật phát triển mạnh bên dưới lớp vỏ của các mỏ muối Atacama. Ở đó có hàng triệu vi sinh vật thuộc nhiều loại khác nhau. Các loài tụ lại với nhau thành từng lớp rõ ràng, nhiều màu sắc.

Các nhà khoa học tin rằng đây là những hệ sinh thái sớm nhất hình thành trên Trái Đất. Khi chúng phát triển, một số thảm vi sinh vật tạo thành những trầm tích nhiều lớp có thể bị bỏ lại dưới dạng hóa thạch thạch anh, được gọi là stromatolit. Cổ nhất trong số các stromatolite này có niên đại 3,7 tỷ năm, khi bầu khí quyển của Trái Đất không có oxy!

Khách du lịch trên bãi muối ở sa mạc Atacama. Nguồn: Internet

Các chiến lược sinh tồn sáng tạo có rất nhiều ở Atacama, điều này thu hút các nhà khoa học quan tâm đến việc tìm hiểu cuộc sống có thể đã thay đổi như thế nào theo thời gian.

Vào năm 2010, một nhóm nghiên cứu ở Chile đã báo cáo việc phát hiện ra một loài vi khuẩn mới sống ngoài sương bám trên các sợi mạng nhện trong một hang động Atacama ven biển, có vị trí thuận lợi để nuốt sương mù vào buổi sáng sớm. Dunaliella, một dạng tảo đơn bào màu xanh lá cây, là loài đầu tiên trong chi của nó được tìm thấy sống bên ngoài môi trường nước, và những người phát hiện ra nó cho rằng sự thích nghi của nó có thể giống như những loài thực vật nguyên thủy đã tạo ra khi lần đầu tiên đến đất liền.

Các vi khuẩn khác đóng vai trò tích cực trong việc tìm kiếm nước. Vào năm 2020, một nhóm các nhà khoa học từ Mỹ đã mô tả một loại vi khuẩn sống trong đá thạch cao tiết ra một chất để hòa tan các khoáng chất xung quanh nó, giải phóng các phân tử nước riêng lẻ cô đọng bên trong đá.

David Kisailus, một kỹ sư hóa học và môi trường tại Đại học California (Mỹ) cho biết: “Chúng gần giống như những người thợ mỏ… đang đào tìm nước”.

Những ví dụ như thế này chỉ là một vài trong số những minh chứng thể hiện cách vi sinh vật ở Atacama dạy chúng ta về sự sống sót ở môi trường khắc nghiệt trên Trái Đất. Và những bài học như vậy có thể giúp chúng ta nhận ra manh mối trong việc tìm kiếm sự sống trên các thế giới ngoài hành tinh khác, hoặc giúp chúng ta thích nghi với những thay đổi môi trường đến với chính mình.

Michael Goodfellow, Giáo sư danh dự về hệ thống vi sinh vật tại Đại học Newcastle, Vương quốc Anh, cho biết các lập luận về bảo tồn và khám phá vi sinh vật vượt ra ngoài sự tò mò của giới khoa học.

Michael Goodfellow đã dành phần lớn sự nghiệp của mình để tìm kiếm các loài vi khuẩn mới trong môi trường khắc nghiệt như Atacama, Nam Cực và các rãnh sâu dưới đáy đại dương với hy vọng xác định các phân tử mới để sử dụng trong kháng sinh.

Ông cho rằng khảo sát sinh học như vậy trong môi trường khắc nghiệt nên được coi là một chiến lược quan trọng để đối đầu với cuộc khủng hoảng kháng thuốc kháng sinh xảy ra trên thế giới, giết chết ít nhất 700.000 người mỗi năm trên toàn cầu.

Trong những chuyến đi đầu tiên đến vùng lõi siêu khô cằn của Atacama, Michael Goodfellow và các đồng nghiệp của ông không thực sự mong đợi sẽ tìm thấy nhiều thứ. Dẫu vậy, tạo hóa luôn khiến con người phải kinh ngạc.

Trước sự ngạc nhiên của họ, các nhà khoa học đã có thể phân lập một số lượng nhỏ vi khuẩn đất từ nhóm Actinomycetes, một loại vi khuẩn đất phổ biến trên toàn cầu từ lâu đã trở thành trọng tâm quan trọng của nghiên cứu kháng sinh. Kể từ đó, nghiên cứu trên các vi khuẩn này đã tạo ra hơn 40 phân tử mới, một số trong số đó ức chế vi khuẩn gây bệnh phổ biến trong các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Michael Seeger, nhà hóa sinh tại Đại học Kỹ thuật Federico Santa Maria ở Chile, cho biết nghiên cứu sinh học ở các sa mạc như Atacama cũng có các ứng dụng công nghệ.

Một ví dụ chính là các vi sinh vật chiếm khoảng 10% sản lượng đồng của Chile. Đồng thường được tìm thấy trong hỗn hợp các kim loại, và các vi sinh vật có thể giúp chiết xuất nó bằng cách ăn bớt các vật liệu khác trong quặng.

Bằng cách cho các vi sinh vật này không tiếp xúc với các đống vật liệu do quá trình khai thác hoặc hỗn hợp quặng để lại mà chỉ có nồng độ đồng nhỏ tồn tại, các nhà sản xuất đồng có thể đảm bảo ít đồng bị bỏ lại tại các điểm khai thác của họ.

Michael Seeger nói rằng, những vi khuẩn nghiền kim loại như vậy phải có khả năng xử lý nồng độ axit cao vì chúng tạo ra axit như một chất thải. Để phát triển mạnh trong điều kiện có tính axit cao, những loài ưa axit này phải có những khả năng thích ứng đặc biệt như màng tế bào chuyên để ngăn chặn các phần tử axit, nhanh chóng loại bỏ các yếu tố gây hại đó ra khỏi tế bào và các enzym có khả năng sửa chữa nhanh chóng các protein và DNA.

Sa mạc Atacama có khả năng chứa đầy những loài kỳ lạ như thế này, với những khả năng chuyên biệt giúp chúng trở nên hữu ích cho ngành công nghiệp và các mục đích thực tế khác.

Michael Seeger nói: Các vi khuẩn ưa asen có thể hữu ích để làm sạch các nguồn nước ô nhiễm, và các gen vay mượn từ các vi khuẩn chịu mặn hoặc chịu hạn có thể được chuyển vào vi khuẩn đất để thúc đẩy nông nghiệp ở một quốc gia đang đối mặt với tình trạng sa mạc hóa ngày càng gia tăng.

Protein hoạt động tốt trong điều kiện khắc nghiệt cũng có thể có các ứng dụng y tế quan trọng. Ví dụ, xét nghiệm PCR Covid sẽ không thể thực hiện được nếu không có một loại enzyme vi khuẩn có thể tạo ra các sợi DNA trong nhiệt độ khắc nghiệt và ban đầu được lấy ra từ một suối nước nóng Yellowstone ở Mỹ.

Các nhà sinh học hy vọng việc nghiên cứu các enzym có khả năng chịu đựng tốt trong điều kiện khắc nghiệt tương tự từ vi sinh vật sa mạc có thể dẫn đến những đột phá bổ sung về công nghệ sinh học trong tương lai.

Atacama, dù khắc nghiệt theo nhiều cách khác nhau, vẫn có khả năng chứa những vi sinh vật có nhiều khả năng hơn so với những gì chúng ta đã biết, và vì vậy điều quan trọng đối với các nhà khoa học là phải tìm ra những gì đang tồn tại ở đó!

Bài viết sử dụng nguồn: KM