Phát hiện hệ vi sinh vật lâu đời nhất trong lõi đá Nam Phi

Khi địa hình đá 3,2 tỷ năm tuổi, có tên Moodies Group, hình thành, Trái đất rất khác với ngày nay. Bầu khí quyển chứa nhiều methane và carbon dioxide và gần như không có oxy, do đó nhiệt độ rất cao. Đất đai khan hiếm bởi vì quá trình kiến tạo các lục địa vừa mới bắt đầu. Tuy nhiên, ở một số ít các vị trí, trong đó có Nam Phi ngày nay, các quần đảo núi lửa như Moodies Group "trồi lên" từ biển, và những bãi biển bao quanh núi lửa là không gian lý tưởng cho sự sống nguyên thủy, cụ thể là vi sinh vật, phát triển và lan rộng, nhà địa chất trầm tích Christoph Heubeck tại Đại học Friedrich Schiller giải thích.

Heubeck đứng đầu dự án Môi trường bề mặt Barberton Archaean (BASE) trị giá 2 triệu USD, lấy mẫu lõi đá ở Moodies Group để tìm hiểu về vi sinh vật nguyên thủy trên Trái đất. BASE hoàn thành thu thập lõi thứ tám và là lõi cuối cùng vào tháng tới. Các lõi mà BASE khai thác được từ các lớp trầm tích sâu 200 mét dưới bề mặt địa hình đá có rất nhiều mảng váng vi sinh vật hóa thạch, giúp khám phá bản chất của các vi sinh vật đầu tiên trên Trái đất, vốn là điều bí ẩn cho đến nay.

Các mảng vi sinh vật được khai thác trước đây từ Moodies Group là ở những vị trí từng là biển hoặc các mỏ dưới lòng đất. Các vi sinh vật này có thể đã ăn sunfat hoặc sử dụng một hình thức quang hợp nguyên thủy để ăn sắt. Nhưng các mảng váng vi sinh vật mới, tìm thấy ở những vị trí đã từng là vùng nước nông hoặc mặt đất, sẽ không thể sử dụng cùng cách trao đổi chất đó vì môi trường sống của chúng có quá nhiều ánh nắng mặt trời. Vì thế Heubeck tin rằng những vi khuẩn đầu tiên trên đất này là tổ tiên và có cơ chế trao đổi chất tương tự như vi khuẩn lam, xuất hiện khoảng 800 triệu năm sau. Vi khuẩn lam tạo ra oxy trong quá trình quang hợp và "ăn" CO2 trong nước, và là loài vi khuẩn đã bơm đầy oxy vào khí quyển trong Sự kiện oxy hóa lớn, tạo ra bầu khí quyển giống với ngày nay hơn.

Tuy nhiên giả thuyết của Heubeck đang gây tranh cãi. Một số nhà nghiên cứu cho rằng nếu vi sinh vật quang hợp tạo ra oxy phát triển sớm như vậy, thì Sự kiện oxy hoá lớn sẽ xảy ra ngay sau đó. Nhưng có bằng chứng cho thấy đã tồn tại các “ốc đảo oxy” thời kỳ đầu: các mỏ khoáng chất xuất hiện từ ​​trước Sự kiện oxy hóa lớn và cần oxy để hình thành. Phân tích di truyền của vi khuẩn lam cho thấy chúng tiến hóa trên đất liền cùng thời gian với xuất hiện Moodies Group, nhất quán với giả thuyết rằng các vi sinh vật mới tìm được là tổ tiên ban đầu của vi khuẩn lam, Patricia Sanchez-Baracaldo, một nhà cổ sinh vật học tại Đại học Bristol, người không tham gia BASE, nhận xét.

Heubeck và các đồng nghiệp hy vọng các thảm vi sinh vật do BASE thu thập từ các lõi đá sẽ mang lại bằng chứng quyết định. Một nửa số lõi sẽ được đưa đến Đức để phân tích, nửa kia được lưu trữ ở Nam Phi.

Ngoài hệ vi sinh vật, các lõi đá có thể chứa các kho tàng khoa học khác. Năm 2010, nhà sinh vật học thiên văn Emmanuelle Javaux tại Đại học Liège, báo cáo đã tìm thấy trong đá bùn chiết xuất từ ​​một mỏ vàng trong Moodies Group hóa thạch vi sinh vật có đường kính lên tới 300 micromet, gấp hàng trăm lần kích thước của vi khuẩn điển hình. Một số ý kiến cho rằng vi khuẩn khổng lồ này là sinh vật nhân chuẩn lâu đời nhất của Trái đất - và có tế bào phức tạp giống như tế bào của chúng ta - sống cách đây 1 tỷ năm. Javaux hy vọng các trong các lõi BASE thu thập sẽ có các mẫu hóa thạch tương tự.

Các lõi đá cũng có thể mở rộng hiểu biết về khí hậu cổ xưa của Trái đất. Một lõi bao gồm các lớp đất đá vôi, có thể ghi lại các chỉ số thành phần của khí quyển. Các lõi khác có các lớp cát và bùn đan xen, có thể cung cấp thông tin về thủy triều cổ đại và theo đó là khoảng cách của Mặt trăng với Trái đất khi đó (đã được biết là gần hơn hiện nay).

Các lõi đá còn có thể cho thấy lịch sử hoạt động của sét, vì sét tạo ra từ trường mạnh có thể in sâu vào đá. Sét có thể là yếu tố cung cấp chất dinh dưỡng quan trọng cho hệ sinh thái cổ đại, vì sét đánh làm tách rời các liên kết phân tử bền chặt của nitrogen trong khí quyển, tạo thành các hợp chất hỗ trợ sự sống.