Chìa khóa để xác định hành tinh nào có thể là nơi trú ngụ của sự sống ngoài Trái Đất có thể là sự phát triển của địa y ở những sa mạc khắc nghiệt nhất của Trái Đất. Bí mật của khám phá này: "kem chống nắng tốt nhất thế giới".
Theo các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng địa y ở Sa mạc Mojave có thể sống sót trong 3 tháng dưới mức bức xạ mạnh từ mặt trời mà trước đây được coi là gây tử vong cho sinh vật này.
Mặc dù địa y bị hư hại nặng nề, nhưng nó vẫn có thể phục hồi và cuối cùng là sinh sôi. Điều đó chỉ ra với các nhà khoa học rằng các dạng sống ngoài Trái Đất khác cần quang hợp có thể phát triển mạnh trên các hành tinh ngoài hệ mặt trời đất đá hoặc đất liền, hay "ngoại hành tinh", ngay cả khi chúng tiếp xúc với bức xạ từ chính ngôi sao của chúng mà trước đây được coi là gây chết người.
"Nghiên cứu này được thúc đẩy bởi một quan sát kỳ lạ", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà khoa học của Viện nghiên cứu sa mạc Henry Sun nói trong một tuyên bố. "Tôi vừa đi dạo trong sa mạc và nhận thấy rằng địa y mọc ở đó không phải màu xanh lá cây, mà là màu đen. Chúng quang hợp và chứa diệp lục, vì vậy bạn sẽ nghĩ chúng có màu xanh lá cây.
"Vì vậy, tôi tự hỏi, 'Sắc tố mà chúng mang là gì?' Và sắc tố đó hóa ra lại là kem chống nắng tốt nhất thế giới."
Địa y bao gồm tảo hoặc vi khuẩn lam tồn tại cộng sinh với nấm. Địa y hình thành nên cơ sở của nghiên cứu này là Clavascidium lacinulatum, hay "địa y thông thường", được tìm thấy ở các vùng khô cằn trên toàn cầu, bao gồm Châu Âu, Châu Á, Bắc Phi và tất nhiên là Hoa Kỳ
Các sinh vật trên cạn đã tiến hóa để đối phó với bức xạ tia cực tím A (UVA) và bức xạ tia UVB ít phổ biến hơn. Ở người, tia UVA có liên quan đến lão hóa da và hình thành nếp nhăn, trong khi tia UVB gây tổn thương da như rám nắng, cháy nắng và thậm chí có thể dẫn đến ung thư da.
Tuy nhiên, ánh sáng phát ra từ ngôi sao của chúng ta cũng chứa bức xạ UVC, có bước sóng ngắn hơn tia UVA hoặc UVB và mang nhiều năng lượng hơn, khiến nó gây hại nhiều hơn cho sự sống, làm hỏng DNA và ngăn ngừa sinh sản. Trên thực tế, tia UVC rất nguy hiểm đến mức có thể được sử dụng để khử trùng không khí và nước, tiêu diệt các vi sinh vật như vi khuẩn và vi-rút.
May mắn thay, bầu khí quyển của chúng ta lọc được phần lớn ánh sáng cực tím chiếu vào chúng ta từ mặt trời, bảo vệ sự sống khỏi những tác động khắc nghiệt nhất của nó. Bức xạ UVC bị hấp thụ hoàn toàn, nghĩa là nó không đến được bề mặt hành tinh của chúng ta. Nhưng các thế giới trên cạn trong các hệ sao khác có thể không may mắn như vậy.
Điều này có thể đặc biệt gây bất lợi cho sự sống xung quanh các ngôi sao được gọi là loại M và loại F, là nóng hơn và sáng hơn mặt trời và được biết đến là phát ra bức xạ UVC mạnh, đặc biệt là trong các đợt bùng phát sao.
"Sau khi Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) được phóng, có thể nhìn cực xa vào không gian, sự phấn khích đã chuyển từ việc tìm thấy sự sống trên Sao Hỏa sang các ngoại hành tinh này", Sun cho biết. "Chúng tôi đang nói về các hành tinh có nước lỏng và bầu khí quyển".
Sun và các đồng nghiệp muốn xem địa y đối phó với sự bắn phá của bức xạ UVC như thế nào, vì vậy họ đã đặt một mẫu bên cạnh đèn UVC trong 3 tháng trong một môi trường được kiểm soát.
"Để một vi sinh vật có thể tồn tại trên một hành tinh, nó phải tồn tại lâu hơn một ngày", Sun giải thích. "Vì vậy, thí nghiệm của chúng tôi phải đủ lâu để có ý nghĩa về mặt sinh thái. Chúng tôi cũng muốn vượt ra ngoài phạm vi hoạt động và chứng minh khả năng sống sót".
Điều bất ngờ là một nửa số tế bào tạo nên địa y đã lấy lại khả năng sinh sản sau khi nước được đưa trở lại vào cơ thể chúng.
Sau khi nghiên cứu sâu hơn với các nhà hóa học từ Đại học Nevada, Sun và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng điều này là do axit của địa y tương tự như phiên bản phụ gia tự nhiên được sử dụng để làm nhựa chống tia UV.
Lặn sâu hơn, nhóm nghiên cứu cắt xuyên qua địa y và phát hiện ra rằng lớp trên cùng sẫm màu hơn, gần giống như màu rám nắng ở người. Hơn nữa, họ phát hiện ra rằng khi nấm và tảo tạo nên địa y bị tách ra, tảo chết trong vòng vài phút sau khi tiếp xúc với tia UVC.
Nhóm nghiên cứu suy đoán rằng vì địa y không thường xuyên tiếp xúc với tia UVC do bầu khí quyển của Trái đất, nên lớp bảo vệ của nó tiến hóa như một phần thưởng của khả năng che chắn tia UVA và UVB thay vì là một công cụ hỗ trợ cho sự sống còn.
"Chúng tôi đi đến kết luận rằng lớp trên cùng của địa y—một lớp da dày chưa đến một milimét—đảm bảo rằng tất cả các tế bào bên dưới đều được bảo vệ khỏi bức xạ", Sun tiếp tục. "Lớp này hoạt động như một chất ổn định quang học và thậm chí bảo vệ các tế bào khỏi các phản ứng hóa học có hại do bức xạ gây ra, bao gồm cả oxy phản ứng."
Các bài viết liên quan:
—Bầu khí quyển chết chóc trên sao Kim có thể giúp chúng ta tìm ra những thế giới có thể ở được. Đây là cách thực hiện.
—Liệu các ngôi sao gần đó có thể có các ngoại hành tinh có thể ở được không? Đài quan sát tia X Chandra của NASA hy vọng sẽ tìm ra câu trả lời
—Điều gì thực sự khiến một hành tinh có thể ở được? Giả định của chúng tôi có thể sai
Về ý nghĩa của khám phá này đối với sự sống trên các thế giới khác, nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng một số ngoại hành tinh có thể "đầy rẫy các vi sinh vật thuộc địa, giống như địa y ở Sa mạc Mojave, 'bị rám nắng' và hầu như miễn nhiễm với tác động của tia UVC".
"Nghiên cứu này cho thấy sức sống phi thường của sự sống ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt nhất, một lời nhắc nhở rằng sự sống, một khi đã nảy nở, sẽ luôn cố gắng tồn tại", Tejinder Singh, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA cho biết. "Khi khám phá những giới hạn này, chúng ta tiến gần hơn đến việc hiểu được nơi nào có thể có sự sống ngoài hành tinh mà chúng ta gọi là nhà."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 12 tháng 6 trên Sinh học vũ trụ
Theo các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng địa y ở Sa mạc Mojave có thể sống sót trong 3 tháng dưới mức bức xạ mạnh từ mặt trời mà trước đây được coi là gây tử vong cho sinh vật này.
Mặc dù địa y bị hư hại nặng nề, nhưng nó vẫn có thể phục hồi và cuối cùng là sinh sôi. Điều đó chỉ ra với các nhà khoa học rằng các dạng sống ngoài Trái Đất khác cần quang hợp có thể phát triển mạnh trên các hành tinh ngoài hệ mặt trời đất đá hoặc đất liền, hay "ngoại hành tinh", ngay cả khi chúng tiếp xúc với bức xạ từ chính ngôi sao của chúng mà trước đây được coi là gây chết người.
"Nghiên cứu này được thúc đẩy bởi một quan sát kỳ lạ", thành viên nhóm nghiên cứu và nhà khoa học của Viện nghiên cứu sa mạc Henry Sun nói trong một tuyên bố. "Tôi vừa đi dạo trong sa mạc và nhận thấy rằng địa y mọc ở đó không phải màu xanh lá cây, mà là màu đen. Chúng quang hợp và chứa diệp lục, vì vậy bạn sẽ nghĩ chúng có màu xanh lá cây.
"Vì vậy, tôi tự hỏi, 'Sắc tố mà chúng mang là gì?' Và sắc tố đó hóa ra lại là kem chống nắng tốt nhất thế giới."
Địa y bao gồm tảo hoặc vi khuẩn lam tồn tại cộng sinh với nấm. Địa y hình thành nên cơ sở của nghiên cứu này là Clavascidium lacinulatum, hay "địa y thông thường", được tìm thấy ở các vùng khô cằn trên toàn cầu, bao gồm Châu Âu, Châu Á, Bắc Phi và tất nhiên là Hoa Kỳ
Địa y phổ biến. Kem chống nắng không phổ biến lắm
Sự sống trên Trái đất phát triển nhờ ánh sáng từ mặt trời, mà thực vật và các dạng sống khác sử dụng để tạo ra đường thông qua quá trình quang hợp. Nhưng ánh sáng mặt trời là hỗn hợp của bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau và một số bức xạ này không hữu ích cho sự sống; đặc biệt là tia cực tím.Các sinh vật trên cạn đã tiến hóa để đối phó với bức xạ tia cực tím A (UVA) và bức xạ tia UVB ít phổ biến hơn. Ở người, tia UVA có liên quan đến lão hóa da và hình thành nếp nhăn, trong khi tia UVB gây tổn thương da như rám nắng, cháy nắng và thậm chí có thể dẫn đến ung thư da.
Tuy nhiên, ánh sáng phát ra từ ngôi sao của chúng ta cũng chứa bức xạ UVC, có bước sóng ngắn hơn tia UVA hoặc UVB và mang nhiều năng lượng hơn, khiến nó gây hại nhiều hơn cho sự sống, làm hỏng DNA và ngăn ngừa sinh sản. Trên thực tế, tia UVC rất nguy hiểm đến mức có thể được sử dụng để khử trùng không khí và nước, tiêu diệt các vi sinh vật như vi khuẩn và vi-rút.
May mắn thay, bầu khí quyển của chúng ta lọc được phần lớn ánh sáng cực tím chiếu vào chúng ta từ mặt trời, bảo vệ sự sống khỏi những tác động khắc nghiệt nhất của nó. Bức xạ UVC bị hấp thụ hoàn toàn, nghĩa là nó không đến được bề mặt hành tinh của chúng ta. Nhưng các thế giới trên cạn trong các hệ sao khác có thể không may mắn như vậy.
Điều này có thể đặc biệt gây bất lợi cho sự sống xung quanh các ngôi sao được gọi là loại M và loại F, là nóng hơn và sáng hơn mặt trời và được biết đến là phát ra bức xạ UVC mạnh, đặc biệt là trong các đợt bùng phát sao.
"Sau khi Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) được phóng, có thể nhìn cực xa vào không gian, sự phấn khích đã chuyển từ việc tìm thấy sự sống trên Sao Hỏa sang các ngoại hành tinh này", Sun cho biết. "Chúng tôi đang nói về các hành tinh có nước lỏng và bầu khí quyển".
Sun và các đồng nghiệp muốn xem địa y đối phó với sự bắn phá của bức xạ UVC như thế nào, vì vậy họ đã đặt một mẫu bên cạnh đèn UVC trong 3 tháng trong một môi trường được kiểm soát.
"Để một vi sinh vật có thể tồn tại trên một hành tinh, nó phải tồn tại lâu hơn một ngày", Sun giải thích. "Vì vậy, thí nghiệm của chúng tôi phải đủ lâu để có ý nghĩa về mặt sinh thái. Chúng tôi cũng muốn vượt ra ngoài phạm vi hoạt động và chứng minh khả năng sống sót".
Điều bất ngờ là một nửa số tế bào tạo nên địa y đã lấy lại khả năng sinh sản sau khi nước được đưa trở lại vào cơ thể chúng.
Sau khi nghiên cứu sâu hơn với các nhà hóa học từ Đại học Nevada, Sun và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng điều này là do axit của địa y tương tự như phiên bản phụ gia tự nhiên được sử dụng để làm nhựa chống tia UV.
Lặn sâu hơn, nhóm nghiên cứu cắt xuyên qua địa y và phát hiện ra rằng lớp trên cùng sẫm màu hơn, gần giống như màu rám nắng ở người. Hơn nữa, họ phát hiện ra rằng khi nấm và tảo tạo nên địa y bị tách ra, tảo chết trong vòng vài phút sau khi tiếp xúc với tia UVC.
Nhóm nghiên cứu suy đoán rằng vì địa y không thường xuyên tiếp xúc với tia UVC do bầu khí quyển của Trái đất, nên lớp bảo vệ của nó tiến hóa như một phần thưởng của khả năng che chắn tia UVA và UVB thay vì là một công cụ hỗ trợ cho sự sống còn.
"Chúng tôi đi đến kết luận rằng lớp trên cùng của địa y—một lớp da dày chưa đến một milimét—đảm bảo rằng tất cả các tế bào bên dưới đều được bảo vệ khỏi bức xạ", Sun tiếp tục. "Lớp này hoạt động như một chất ổn định quang học và thậm chí bảo vệ các tế bào khỏi các phản ứng hóa học có hại do bức xạ gây ra, bao gồm cả oxy phản ứng."
Các bài viết liên quan:
—Bầu khí quyển chết chóc trên sao Kim có thể giúp chúng ta tìm ra những thế giới có thể ở được. Đây là cách thực hiện.
—Liệu các ngôi sao gần đó có thể có các ngoại hành tinh có thể ở được không? Đài quan sát tia X Chandra của NASA hy vọng sẽ tìm ra câu trả lời
—Điều gì thực sự khiến một hành tinh có thể ở được? Giả định của chúng tôi có thể sai
Về ý nghĩa của khám phá này đối với sự sống trên các thế giới khác, nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng một số ngoại hành tinh có thể "đầy rẫy các vi sinh vật thuộc địa, giống như địa y ở Sa mạc Mojave, 'bị rám nắng' và hầu như miễn nhiễm với tác động của tia UVC".
"Nghiên cứu này cho thấy sức sống phi thường của sự sống ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt nhất, một lời nhắc nhở rằng sự sống, một khi đã nảy nở, sẽ luôn cố gắng tồn tại", Tejinder Singh, trưởng nhóm nghiên cứu và là nhà nghiên cứu tại Trung tâm bay không gian Goddard của NASA cho biết. "Khi khám phá những giới hạn này, chúng ta tiến gần hơn đến việc hiểu được nơi nào có thể có sự sống ngoài hành tinh mà chúng ta gọi là nhà."
Nghiên cứu của nhóm đã được công bố vào ngày 12 tháng 6 trên Sinh học vũ trụ
