Mỏ vàng đặc biệt ở nơi khắc nghiệt của Trái đất

Khu vực khô cằn nổi tiếng trên Trái đất từ ​​lâu đã bị ‘xa lánh’ như một vùng đất hoang hầu như không có sự sống. Có phải nó chỉ tốt cho việc khai thác khoáng sản và kim loại quý. Tuy nhiên, đối với các nhà nghiên cứu, nơi đây có một ‘mỏ vàng đặc biệt’, quý hơn rất nhiều!

Đó là gì?

CUỘC SỐNG TUYỆT VỜI TRONG LỬA KHÔ CỦA ATACAMA

Thật dễ dàng để tưởng tượng tại sao “Cha đẻ của sự tiến hóa” Charles Darwin, khi nhìn qua một bãi đất trống cách đây 187 năm, đã tuyên bố khu vực này (sa mạc Atacama ở phía bắc Chile) là một nơi “không có gì có thể tồn tại”.

Thật vậy, mặc dù các vùng nước rải rác hỗ trợ một số đời sống động thực vật, trong hơn một thế kỷ qua, hầu hết các nhà khoa học đã chấp nhận kết luận của Charles Darwin rằng ở đây – nơi khô cằn của sa mạc Atacama, được gọi là lõi siêu khô cằn, ngay cả những dạng sống bền bỉ nhất cũng có thể ‘ t kéo dài!

Nhưng Charles Darwin có lẽ đã sai và đó là lý do tại sao Gómez-Silva ở đây.

Thức dậy trước bình minh để đánh bại cái nóng nhất trong ngày, sau đó lái xe về phía nam dọc theo Dãy núi Bờ biển của Chile, nhóm nghiên cứu rẽ vào đất liền về phía lõi khô cằn của sa mạc Atacama. Tại đây, Gómez-Silva, một nhà vi sinh vật học sa mạc từ Đại học Antofagasta (Chile), sẽ tìm kiếm một loại nấm cực nhỏ mà ông hy vọng có thể phân lập và phát triển trong phòng thí nghiệm của mình. Đối với một nhà khoa học như ông, chúng là thứ mà đối với một nhà khoa học như ông, chúng còn quý và hiếm hơn liti hay bất kỳ kim loại nào khác.

Dù biết rằng mình đang ở nơi khô cằn nhất trên Trái đất nhưng Gómez-Silva tin rằng ở đây có nước, ẩn mình trong những tảng đá muối xung quanh. Cũng giống như máy lắc muối trong nhà bếp sẽ hấp thụ nước khi thời tiết ẩm ướt, đá muối tại Atacama hấp thụ một lượng nhỏ hơi ẩm thổi vào dưới dạng sương mù đại dương vào ban đêm. Và đó là nơi các vi sinh vật tìm nơi ẩn náu.

Khi độ ẩm và ánh sáng mặt trời cùng tồn tại, những vi sinh vật này bắt đầu quang hợp và phát triển cộng đồng của chúng.

Gómez-Silva là thành viên của một nhóm các nhà khoa học quyết tâm tìm ra các vi sinh vật sống ở đây – trong sa mạc lâu đời nhất thế giới, một nơi khô cằn kể từ cuối kỷ Jura khủng long lang thang trên đất liền. Trái đất khoảng 150 triệu năm trước.

Bất cứ điều gì cố gắng tồn tại ở đây đều phải đối mặt với một loạt thách thức khủng khiếp – tất nhiên là bên cạnh việc thiếu nước: bức xạ mặt trời cường độ cao; Nồng độ hóa chất độc hại cao; Và khan hiếm các chất dinh dưỡng quan trọng cho sự sống.

Tuy nhiên, bất chấp những thách thức đó, loài bất thường và nhỏ vẫn phát triển mạnh, và các nhà nghiên cứu như Gómez-Silva nói rằng các nhà khoa học có rất nhiều điều để học hỏi từ chúng.

“Việc tìm kiếm và chứng minh sự bền bỉ của những sinh vật nhỏ bé này có liên quan đến việc thay đổi cách nhìn của thế giới về sa mạc Atacama, một khu vực được đánh giá cao trong lịch sử về khai thác khoáng sản. quý hơn bao giờ hết. Chúng tôi tin rằng Atacama nên được đánh giá là nơi mô tả các dạng sống chưa từng được biết đến trước đây trên Trái đất, từ đó giúp các nhà khoa học phát triển các công cụ mới trong công nghệ sinh học, để trả lời các câu hỏi. Câu hỏi về nguồn gốc của sự sống và hướng dẫn chúng ta cách tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác. “

ATACAMA – NƠI THỬ THÁCH sự sống hành tinh

Atacama trải dài khoảng 966 km dọc theo bờ biển Nam Mỹ, và nằm ở phía đông gần núi lửa Altiplano của dãy Andes, và phía tây là bờ biển Thái Bình Dương của Chile. Có kích thước tương đương với Cuba, sa mạc Atacama này là nơi thách thức sự sống nhất trên Trái đất.

Không chỉ là một trong những sa mạc cao nhất thế giới, Atacama còn là nơi khô hạn nhất hành tinh. Nhiều vùng của sa mạc này chỉ nhận được lượng mưa vài mm mỗi năm, nếu có. Thành phố Arica của sa mạc Atacama, ngay dưới biên giới Peru, giữ kỷ lục về đợt khô hạn dài nhất trên thế giới – các nhà nghiên cứu tin rằng không có một giọt mưa nào rơi xuống khu vực trong hơn 14 năm vào những ngày đầu của năm. năm 1900.

Không có nước, rất ít loài có thể tồn tại: Tế bào co lại, protein bị phá vỡ và các thành phần tế bào không thể di chuyển.

Bầu khí quyển trên cao của sa mạc không thể ngăn chặn các tia có hại của Mặt trời. Và việc thiếu nước sinh hoạt sẽ để lại kim loại quý cho các thợ mỏ, nhưng đồng nghĩa với việc hạn chế phân phối chất dinh dưỡng qua hệ sinh thái, cũng như làm loãng các hợp chất độc hại.

Nơi các thủy vực tồn tại trong sa mạc – thường ở dạng lưu vực theo mùa do các sông ngầm cung cấp – chúng thường có nồng độ cao của muối, kim loại và các nguyên tố, bao gồm cả asen, độc hại đối với con người. nhiều ô.

Chứng kiến ​​những điều kiện như vậy trong chuyến thám hiểm Atacama vào những năm 1850 theo lệnh của chính phủ Chile, ngay cả nhà tự nhiên học người Đức-Chile Rodulfo Philippi cũng phải thốt lên: Điều giá trị nhất của Atacama nằm ở khả năng khai thác của nó!

Khai thác mỏ là quá đủ để khiến Atacama trở nên đáng mơ ước đối với Chile. Nó có trữ lượng lớn kali nitrat (muối tiêu, KNO3) – một nguồn nitrat được sử dụng trong phân bón và chất nổ, và nó được đặt biệt danh là “vàng trắng” do nhu cầu toàn cầu lớn trong thế kỷ 19. .

Bên cạnh Potassium nitrate, các hoạt động khai thác vẫn diễn ra rất sôi nổi ở Atacama. Ngày nay, Chile là nước xuất khẩu đồng số 1 thế giới; được xếp hạng hàng đầu về lithium; Nó cũng là nhà cung cấp chính bạc và sắt, cũng như các kim loại và khoáng sản có giá trị khác.

Khai thác mỏ đã tạo nên dấu ấn riêng trên sa mạc Atacama. Nhìn từ không gian, Salar de Atacama, một tảng muối có kích thước gần gấp 4 lần thành phố New York (Mỹ), cho thấy những cặn liti nhạt màu. Các mỏ vàng và đồng xuất hiện như những mỏm đá, giống như những vết sẹo trên bề mặt của sa mạc khô cằn.

Trên mặt đất cũng vậy, không khó để tìm thấy những di tích về lịch sử khai phá của khu vực này. 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.

‘MÃ VÀNG ĐẶC BIỆT’ CỦA NHÀ KHOA HỌC

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

NASA 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 phổ biến nêu chi tiết lý do tại sao sa mạc Atacama lại là một nơi giống sao Hỏa, 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 cùng nỗ lực.

“Tuy nhiên, các nhà khoa học mới chỉ tiếp cận được bề mặt của Atacama. Vì 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. 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 hình thành các lớp trầm tích 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!

Các chiến lược sinh tồn sáng tạo có rất nhiều ở Atacama, 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 báo cáo đã phát hiện ra một loài vi khuẩn sống trong sương mới bám vào mạng nhện trong một hang động Atacama ven biển, vị trí thuận lợi để nuốt sương mù vào buổi sáng. buổi sáng. Dunaliella, một loài tảo đơn bào màu xanh lục, là loài đầu tiên trong chi của nó được tìm thấy sống ngoài nước, và những người phát hiện ra nó cho rằng khả năng thích nghi của nó có thể tương tự như các loài khác. thực vật nguyên thủy được tạo ra khi chúng mới đặt chân 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 đã ngưng tụ bên trong. đá.

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

Những ví dụ như thế này chỉ là một vài trong số rất nhiều ví dụ về cách các vi sinh vật trong Atacama dạy chúng ta về sự tồn tại trong môi trường khắc nghiệt trên Trái đất. Và những bài học như vậy có thể giúp chúng ta tìm ra manh mối trong quá trình tìm kiếm sự sống trên các thế giới ngoài hành tinh khác, hoặc giúp chúng ta thích nghi với những thay đổi môi trường xảy ra theo cách của chúng ta.

Michael Goodfellow, Giáo sư danh dự về Hệ thống vi sinh vật tại Đại học Newcastle, Vương quốc Anh, cho biết những lập luận về bảo tồn và khám phá vi sinh vật nằm 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 các 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 kháng sinh. sinh ra.

Ông lập luận rằng việc truyền 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 kháng sinh toàn cầu, giết chết ít nhất 700.000 người mỗi năm trên toàn thế giới. cầu.

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

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 về những vi khuẩn này đã tạo ra hơn 40 phân tử mới, một số phân tử ức chế vi khuẩn gây bệnh phổ biến trong các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.

Michael Seeger, một 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 những ứng dụng công nghệ.

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

Bằng cách giữ cho các vi sinh vật này không tiếp xúc với các đống khai thác hoặc hỗn hợp quặng, nơi chỉ tồn tại nồng độ đồng nhỏ, các nhà sản xuất đồng có thể đảm bảo ít đồng bị lãng phí hơn. tại các địa điểm khai thác của họ.

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

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

Michael Seeger, Michael Seeger, cho biết vi khuẩn ưa asen có thể hữu ích để làm sạch các nguồn nước bị ô nhiễm, và các gen vay mượn từ vi khuẩn chịu mặn hoặc chịu hạn có thể được chuyển vào vi khuẩn đất để thúc đẩy nông nghiệp trong khu vực, Michael Seeger, Michael Seeger cho biết. 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, một thử nghiệm PCR Covid sẽ không thể thực hiện được nếu không có một loại enzyme vi khuẩn có thể tạo ra các sợi DNA ở nhiệt độ khắc nghiệt và ban đầu được lấy từ một suối nước nóng Yellowstone ở Hoa Kỳ.

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

Atacama, mặc dù khắc nghiệt theo nhiều cách khác nhau, vẫn có khả năng chứa nhiều vi sinh vật có khả năng hơn chúng ta đã biết, và vì vậy, điều quan trọng là các nhà khoa học phải tìm ra nó. Ở đó có gì vậy!