Phát hiện vi khuẩn hóa thạch 2,5 tỉ tuổi sống không cần oxy

  • 0

Sự sống trên Trái đất tồn tại được nhờ có oxy, nhưng thật ngạc nhiên khi cách đây vài tỉ năm, khi oxy còn chưa xuất hiện, đã có những mầm mống của vi khuẩn sinh sống.

Vi khuẩn hóa thạch đã được phát hiện ở hai địa điểm biệt lập ở Nam Mỹ và chúng đã được vùi lấp vào 2,52 tỉ năm trước đây. Khoảng thời gian này diễn ra rất lâu trước khi oxy có mặt trong bầu khí quyển. Thay vì phát triển dựa vào oxy, như cây cối và các sinh vật đa bào, loại vi khuẩn này tồn tại nhờ vào lưu huỳnh oxy hóa. Dựa vào khả năng sinh sống kì lạ của các loài vi khuẩn, các nhà khoa học đã đưa ra ý kiến: sự sống có thể được duy trì trên hành tinh với ít hơn 1/1000 phần trăm lượng oxy đang hiện hữu trên Trái đất vào thời điểm hiện tại.

Hóa thạch được phát hiện trong một lớp đá cứng, giàu silic đioxit ở Kaapvaal Craton của tỉnh Limpopo ở Nam Mỹ. Khu vực này là một trong hai nơi trên thế giới có lớp vỏ Trái đất hình thành từ 3,6 đến 2,5 tỉ năm trước đây, đến nay vẫn còn tiếp cận được. Theo nhóm nghiên cứu phát hiện ra loại vi khuẩn ở trường Đại học Cincinati, vi khuẩn sulphur dioxin có hình dạng lớn lạ thường. Những dạng sống này không hề gặp bất kì khó khăn gì khi sống trong điều kiện thiếu oxy.

Hóa thạch vi khuẩn sống không cần oxy.
Hóa thạch vi khuẩn sống không cần oxy. (Ảnh: Andrew Craja).

"Những vi khuẩn lưu huỳnh mà chúng tôi tìm ra là những hóa thạch lâu đời nhất từng được ghi nhận cho đến bao giờ. Và những phát hiện đó, giúp chúng tôi khám phá ra những dạng sống và hệ sinh thái đa dạng, tồn tại trước "thảm họa oxy" (Great Oxidation Event). Thời kì này là thời gian của phần lớn sự tiến hóa trong bầu khí quyển", Andrew Czaja – một trong những nhà nghiên cứu cho biết.

Những nhà khoa học tin rằng, trước khi Trái đất tràn ngập oxy, đại dương đầy những vi khuẩn kỵ khí. Đây là loại vi khuẩn có thể chuyển hóa thức ăn nhưng không cần oxy hay ánh nắng Mặt trời. Một khi bầu khí quyển thấm đẫm oxy trong suốt thời kì thảm họa oxy, các loại vi khuẩn lại bị nhiễm độc và chúng co lại nhỏ như những con ruồi. Nhưng có rất ít bằng chứng trực tiếp của những sinh vật kỵ khí cho đến bây giờ.

"Những hóa thạch đại diện cho các loài sinh vật già nhất đã từng được biết, sống trong môi trường nước sâu và tối. Chúng tồn tại 2 tỉ năm trước đây, còn thực vật mới tiến hóa cách đây 450 triệu năm", Czaja nói.

Những hóa thạch được tìm thấy tại năm địa điểm ở hai khu vực cách xa nhau, đã lưu giữ một lượng lớn vi khuẩn. Các nhà nghiên cứu cho biết, các loại này tương tự với giống vi khuẩn gram âm (Thiomargarita) hiện đại. Loài vi sinh vật sống ở môi trường sâu dưới biển, giàu lưu huỳnh và có lượng oxy cực kì thấp.

"Những loài vi khuẩn thời kì đầu có khả năng tiêu thụ phân tử, phân hủy từ khoáng chất giàu lưu huỳnh. Những loại khoáng này đến từ đất đá bị xói mòn và rửa trôi ra biển hoặc từ tàn dư của núi lửa trên thềm đại dương", Czaja nói.

Tại vì thiếu bằng chứng trực tiếp về những loại sinh vật trong thời kì lịch sử sơ khai của Trái đất nên chưa rõ những loài vi khuẩn này xuất hiện khi nào và như thế nào. Nhưng nhóm nghiên cứu nói rằng, hóa thạch vừa được tìm thấy cung cấp cho chúng ta những manh mối rõ ràng về việc vi khuẩn đã tồn tại ít nhất 2,52 tỉ năm trước đây. Phát hiện cũng giúp chúng ta hy vọng tìm thấy những dạng sống đơn giản trên hành tinh trong điều kiện thiếu oxy. Những kết quả của nhóm nghiên cứu đã được công bố trên tờ Geology.

Thảm họa oxy (Great Oxy Event)

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria), những cư dân toàn cầu của thời sơ khai, đã thực hiện quang hợp và sản sinh oxy tự do. Vào lúc bắt đầu, bất kì oxy tự do nào được sinh ra, đều bị bắt giữ về mặt hóa học do sắt hòa tan hoặc chất hữu cơ (tức là oxy hóa các chất đó). Khi những chất trên cạn kiệt, oxy tự do bắt đầu được tích lũy trong môi trường và là thời điểm bắt đầu của GOE.

Oxy tự do có hại với sinh vật kỵ khí và khi nồng độ tăng cao có thể đã xóa sổ hầu hết cư dân kỵ khí của Trái đất vào thời điểm đó. Do vậy, các vi khuẩn lam chịu trách nhiệm cho một trong những sự kiện tuyệt chủng lớn nhất trong lịch sử Trái đất. Nhưng nghiên cứu đã chỉ ra rằng, thảm vi khuẩn tạo oxy có thể tạo ra một lớp mỏng nước chứa oxy, dày một hoặc hai milimet, trong môi trường thiếu oxy ngay cả dưới lớp băng dày và trước cả khi bắt đầu tích lũy oxy trong khí quyển.

Cuối cùng, sinh vật hiếu khí bắt đầu phát triển, tiêu thụ oxy và dẫn đến trạng thái cân bằng của oxy trong khí quyển.