Các nhà khoa học đang tìm kiếm tàn tích hóa thạch của các vi khuẩn cổ đại trên sao Hỏa hiện đã có ý tưởng tốt hơn về những dấu hiệu mà họ nên tìm kiếm, nhờ vào một nghiên cứu mới về các hóa thạch vi khuẩn trên Trái đất được nhúng trong thạch cao khoáng sản được tạo ra khi Địa Trung Hải khô cạn hơn 5 triệu năm trước.
Sao Hỏa đã từng ẩm ướt, với các con sông, hồ và thậm chí là một đại dương tồn tại trên Hành tinh Đỏ từ khoảng 4,1 đến 3,7 tỷ năm trước. Nước lỏng đó hiện đã biến mất hoàn toàn, hoặc đóng băng thành các tảng băng cực hoặc dưới dạng lớp đất đóng băng vĩnh cửu bên dưới bề mặt, hoặc bốc hơi vào khí quyển và mất vào không gian. Khi nước bốc hơi, nó để lại các khoáng chất sunfat đã hòa tan trong nước — một thí nghiệm đơn giản ở trường học về việc đun sôi nước mưa có thể cho thấy điều này.
Một trong những khoáng chất này là thạch cao, "đã được phát hiện rộng rãi trên bề mặt sao Hỏa và được biết đến với tiềm năng hóa thạch đặc biệt", Youcef Sellam, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Bern, cho biết trong tuyên bố. "Nó hình thành nhanh chóng, giữ lại các vi sinh vật trước khi quá trình phân hủy diễn ra, và bảo tồn các cấu trúc sinh học và dấu hiệu sinh học hóa học."
Sellam đã quay trở lại quê hương của mình, Algeria, để lấy mẫu thạch cao từ một mỏ đá có tên là Sidi Boutbal, nằm ở một khu vực từng nằm dưới nước Địa Trung Hải. Từ 5,96 đến 5,33 triệu năm trước, các lực kiến tạo đã đóng lại nơi hiện là Eo biển Gibraltar, tạm thời cắt đứt Địa Trung Hải khỏi Đại Tây Dương, khiến Địa Trung Hải gần như khô cạn hoàn toàn. Điều này để lại nhiều trầm tích muối và sunfat, bao gồm thạch cao, trong một môi trường rất giống với tình trạng của lòng hồ và lòng sông khô cạn trên sao Hỏa ngày nay.
"Những trầm tích này cung cấp một chất tương tự trên cạn tuyệt vời cho các trầm tích sunfat trên sao Hỏa", Sellam cho biết.
Để phân tích những gì có trong các mẫu giàu thạch cao, Sellam đã cho chúng tiếp xúc với một máy quang phổ khối thu nhỏ chạy bằng laser, một máy được chọn vì nó đủ nhỏ để lắp trên tàu vũ trụ và do đó có thể đóng vai trò là bằng chứng về khái niệm cho bất kỳ thiết bị nào như vậy có thể bay đến Hành tinh Đỏ trong tương lai.
"Máy quang phổ khối ion hóa phá hủy bằng laser của chúng tôi, một thiết bị nguyên mẫu cho chuyến bay vũ trụ, có thể phát hiện hiệu quả các dấu hiệu sinh học trong khoáng chất sunfat", Sellam cho biết. "Công nghệ này có thể được tích hợp vào các xe tự hành hoặc tàu đổ bộ trên sao Hỏa trong tương lai để phân tích tại chỗ".
Khi bắn tia laser vào mẫu, tia laser sẽ phá hủy vật liệu đóng vảy trên bề mặt mẫu, làm vật liệu đó nóng lên đến mức bốc hơi thành plasma — một đám mây các nguyên tử và phân tử ion hóa. Sau đó, một kính hiển vi quan sát plasma đó, xác định các phân tử bên trong.
Sellam tìm thấy các sợi dài, xoắn, cực nhỏ thuộc loại trước đây được xác định là hóa thạch vi khuẩn thuộc về vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh.
Những tàn tích hóa thạch này được bao quanh bởi các khoáng sét cũng như dolomit và pirit. Sự kết hợp đặc biệt giữa hóa thạch và khoáng chất này đặc biệt có ý nghĩa. Dolomit hòa tan trong môi trường có tính axit và người ta tin rằng sao Hỏa có nước rất có tính axit. Tuy nhiên, prokaryote (vi khuẩn đơn bào nguyên thủy không có nhân và màng riêng biệt) có thể hoạt động để tăng độ kiềm của môi trường của chúng. Nếu sự sống prokaryote tồn tại trên sao Hỏa cổ đại, nó có thể đã giúp hình thành dolomit. Ngoài ra, sinh vật nhân sơ cũng có thể giúp đất sét hình thành nhanh hơn.
Sellam có lợi thế là đã biết trước những tàn tích hóa thạch vi sinh vật mà ông có thể mong đợi tìm thấy trong mẫu thạch cao Algeria của mình, nhưng chúng ta không thể chắc chắn rằng chúng ta có thể dễ dàng xác định được các hóa thạch vi sinh vật trên sao Hỏa — bản chất xa lạ chưa biết của chúng có thể khiến chúng khó phân biệt với các thành tạo đá cực nhỏ. Tuy nhiên, việc tìm thấy những thứ trông giống như hóa thạch được nhúng trong thạch cao bao quanh bởi đất sét và đặc biệt là dolomit sẽ là dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy các cấu trúc giống hóa thạch này là sinh học, xét đến mối liên hệ giữa các khoáng chất đó và sự sống.
"Những phát hiện của chúng tôi cung cấp một khuôn khổ phương pháp luận để phát hiện các dấu hiệu sinh học trong các khoáng chất sunfat trên sao Hỏa, có khả năng định hướng cho các sứ mệnh thám hiểm sao Hỏa trong tương lai", Sellam cho biết.
Do đó, các sứ mệnh trên sao Hỏa cần phải tìm kiếm dolomit và đất sét trong các mẫu sao Hỏa giàu thạch cao để cung cấp manh mối lớn về nơi chúng ta có thể tìm thấy bằng chứng về sự sống cổ đại trên Hành tinh Đỏ. Tuy nhiên, Sellam cho biết vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi phương pháp tìm kiếm vi khuẩn sao Hỏa này có thể được coi là hoàn toàn chắc chắn.
"Mặc dù những phát hiện của chúng tôi ủng hộ mạnh mẽ tính sinh học của các sợi hóa thạch trong thạch cao, nhưng việc phân biệt các dấu hiệu sinh học thực sự với các thành tạo khoáng chất phi sinh học vẫn là một thách thức", ông nói. "Một phương pháp phát hiện độc lập bổ sung sẽ cải thiện độ tin cậy trong việc phát hiện sự sống. Ngoài ra, sao Hỏa có các điều kiện môi trường độc đáo, có thể ảnh hưởng đến việc bảo tồn dấu hiệu sinh học trong các giai đoạn địa chất. Cần có thêm các nghiên cứu nữa".
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Sao Hỏa nóng rồi lạnh rồi lại nóng. Liệu sự sống có thực sự tồn tại ở đó không?
— Các nón núi lửa trên sao Hỏa kể lại câu chuyện về băng và lửa
— Các gò đất bí ẩn trên sao Hỏa có thể củng cố trường hợp về đại dương cổ đại trên hành tinh Đỏ
Tuy nhiên, Sellam tự hào khi dẫn đầu "nghiên cứu sinh học vũ trụ đầu tiên có sự tham gia của Algeria" và tin rằng những phát hiện của ông là một bước tiến lớn hướng tới việc tìm kiếm bằng chứng về sự sống trên sao Hỏa.
Thật vậy, ngày đó có thể đến sớm thôi. Nhiệm vụ thám hiểm tiếp theo được phóng lên Hành tinh Đỏ sẽ là thám hiểm Rosalind Franklin của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, dự kiến sẽ phóng trước khi thập kỷ này kết thúc. Rosalind Franklin sẽ được trang bị nhiều máy quang phổ khối được thiết kế để nghiên cứu khoáng vật học của sao Hỏa và tìm kiếm bằng chứng về sự sống vi khuẩn trong quá khứ.
Ngoài ra còn có các mẫu do tàu thám hiểm Perseverance của NASA thu thập, vẫn cần được thu thập từ sao Hỏa và mang về Trái Đất để phân tích chi tiết, hy vọng là trong thập kỷ tới.
Công trình của Sellam đã được công bố vào ngày 25 tháng 2 trên Biên giới trong khoa học thiên văn và không gian
Sao Hỏa đã từng ẩm ướt, với các con sông, hồ và thậm chí là một đại dương tồn tại trên Hành tinh Đỏ từ khoảng 4,1 đến 3,7 tỷ năm trước. Nước lỏng đó hiện đã biến mất hoàn toàn, hoặc đóng băng thành các tảng băng cực hoặc dưới dạng lớp đất đóng băng vĩnh cửu bên dưới bề mặt, hoặc bốc hơi vào khí quyển và mất vào không gian. Khi nước bốc hơi, nó để lại các khoáng chất sunfat đã hòa tan trong nước — một thí nghiệm đơn giản ở trường học về việc đun sôi nước mưa có thể cho thấy điều này.
Một trong những khoáng chất này là thạch cao, "đã được phát hiện rộng rãi trên bề mặt sao Hỏa và được biết đến với tiềm năng hóa thạch đặc biệt", Youcef Sellam, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Bern, cho biết trong tuyên bố. "Nó hình thành nhanh chóng, giữ lại các vi sinh vật trước khi quá trình phân hủy diễn ra, và bảo tồn các cấu trúc sinh học và dấu hiệu sinh học hóa học."
Sellam đã quay trở lại quê hương của mình, Algeria, để lấy mẫu thạch cao từ một mỏ đá có tên là Sidi Boutbal, nằm ở một khu vực từng nằm dưới nước Địa Trung Hải. Từ 5,96 đến 5,33 triệu năm trước, các lực kiến tạo đã đóng lại nơi hiện là Eo biển Gibraltar, tạm thời cắt đứt Địa Trung Hải khỏi Đại Tây Dương, khiến Địa Trung Hải gần như khô cạn hoàn toàn. Điều này để lại nhiều trầm tích muối và sunfat, bao gồm thạch cao, trong một môi trường rất giống với tình trạng của lòng hồ và lòng sông khô cạn trên sao Hỏa ngày nay.
"Những trầm tích này cung cấp một chất tương tự trên cạn tuyệt vời cho các trầm tích sunfat trên sao Hỏa", Sellam cho biết.
Để phân tích những gì có trong các mẫu giàu thạch cao, Sellam đã cho chúng tiếp xúc với một máy quang phổ khối thu nhỏ chạy bằng laser, một máy được chọn vì nó đủ nhỏ để lắp trên tàu vũ trụ và do đó có thể đóng vai trò là bằng chứng về khái niệm cho bất kỳ thiết bị nào như vậy có thể bay đến Hành tinh Đỏ trong tương lai.
"Máy quang phổ khối ion hóa phá hủy bằng laser của chúng tôi, một thiết bị nguyên mẫu cho chuyến bay vũ trụ, có thể phát hiện hiệu quả các dấu hiệu sinh học trong khoáng chất sunfat", Sellam cho biết. "Công nghệ này có thể được tích hợp vào các xe tự hành hoặc tàu đổ bộ trên sao Hỏa trong tương lai để phân tích tại chỗ".
Khi bắn tia laser vào mẫu, tia laser sẽ phá hủy vật liệu đóng vảy trên bề mặt mẫu, làm vật liệu đó nóng lên đến mức bốc hơi thành plasma — một đám mây các nguyên tử và phân tử ion hóa. Sau đó, một kính hiển vi quan sát plasma đó, xác định các phân tử bên trong.
Sellam tìm thấy các sợi dài, xoắn, cực nhỏ thuộc loại trước đây được xác định là hóa thạch vi khuẩn thuộc về vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh.
Những tàn tích hóa thạch này được bao quanh bởi các khoáng sét cũng như dolomit và pirit. Sự kết hợp đặc biệt giữa hóa thạch và khoáng chất này đặc biệt có ý nghĩa. Dolomit hòa tan trong môi trường có tính axit và người ta tin rằng sao Hỏa có nước rất có tính axit. Tuy nhiên, prokaryote (vi khuẩn đơn bào nguyên thủy không có nhân và màng riêng biệt) có thể hoạt động để tăng độ kiềm của môi trường của chúng. Nếu sự sống prokaryote tồn tại trên sao Hỏa cổ đại, nó có thể đã giúp hình thành dolomit. Ngoài ra, sinh vật nhân sơ cũng có thể giúp đất sét hình thành nhanh hơn.
Sellam có lợi thế là đã biết trước những tàn tích hóa thạch vi sinh vật mà ông có thể mong đợi tìm thấy trong mẫu thạch cao Algeria của mình, nhưng chúng ta không thể chắc chắn rằng chúng ta có thể dễ dàng xác định được các hóa thạch vi sinh vật trên sao Hỏa — bản chất xa lạ chưa biết của chúng có thể khiến chúng khó phân biệt với các thành tạo đá cực nhỏ. Tuy nhiên, việc tìm thấy những thứ trông giống như hóa thạch được nhúng trong thạch cao bao quanh bởi đất sét và đặc biệt là dolomit sẽ là dấu hiệu mạnh mẽ cho thấy các cấu trúc giống hóa thạch này là sinh học, xét đến mối liên hệ giữa các khoáng chất đó và sự sống.
"Những phát hiện của chúng tôi cung cấp một khuôn khổ phương pháp luận để phát hiện các dấu hiệu sinh học trong các khoáng chất sunfat trên sao Hỏa, có khả năng định hướng cho các sứ mệnh thám hiểm sao Hỏa trong tương lai", Sellam cho biết.
Do đó, các sứ mệnh trên sao Hỏa cần phải tìm kiếm dolomit và đất sét trong các mẫu sao Hỏa giàu thạch cao để cung cấp manh mối lớn về nơi chúng ta có thể tìm thấy bằng chứng về sự sống cổ đại trên Hành tinh Đỏ. Tuy nhiên, Sellam cho biết vẫn còn nhiều việc phải làm trước khi phương pháp tìm kiếm vi khuẩn sao Hỏa này có thể được coi là hoàn toàn chắc chắn.
"Mặc dù những phát hiện của chúng tôi ủng hộ mạnh mẽ tính sinh học của các sợi hóa thạch trong thạch cao, nhưng việc phân biệt các dấu hiệu sinh học thực sự với các thành tạo khoáng chất phi sinh học vẫn là một thách thức", ông nói. "Một phương pháp phát hiện độc lập bổ sung sẽ cải thiện độ tin cậy trong việc phát hiện sự sống. Ngoài ra, sao Hỏa có các điều kiện môi trường độc đáo, có thể ảnh hưởng đến việc bảo tồn dấu hiệu sinh học trong các giai đoạn địa chất. Cần có thêm các nghiên cứu nữa".
CÂU CHUYỆN LIÊN QUAN:
— Sao Hỏa nóng rồi lạnh rồi lại nóng. Liệu sự sống có thực sự tồn tại ở đó không?
— Các nón núi lửa trên sao Hỏa kể lại câu chuyện về băng và lửa
— Các gò đất bí ẩn trên sao Hỏa có thể củng cố trường hợp về đại dương cổ đại trên hành tinh Đỏ
Tuy nhiên, Sellam tự hào khi dẫn đầu "nghiên cứu sinh học vũ trụ đầu tiên có sự tham gia của Algeria" và tin rằng những phát hiện của ông là một bước tiến lớn hướng tới việc tìm kiếm bằng chứng về sự sống trên sao Hỏa.
Thật vậy, ngày đó có thể đến sớm thôi. Nhiệm vụ thám hiểm tiếp theo được phóng lên Hành tinh Đỏ sẽ là thám hiểm Rosalind Franklin của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu, dự kiến sẽ phóng trước khi thập kỷ này kết thúc. Rosalind Franklin sẽ được trang bị nhiều máy quang phổ khối được thiết kế để nghiên cứu khoáng vật học của sao Hỏa và tìm kiếm bằng chứng về sự sống vi khuẩn trong quá khứ.
Ngoài ra còn có các mẫu do tàu thám hiểm Perseverance của NASA thu thập, vẫn cần được thu thập từ sao Hỏa và mang về Trái Đất để phân tích chi tiết, hy vọng là trong thập kỷ tới.
Công trình của Sellam đã được công bố vào ngày 25 tháng 2 trên Biên giới trong khoa học thiên văn và không gian
