Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Vi khuẩn lam sống trong các tảng đá ở sa mạc Atacama của Chile chiết xuất nước từ các khoáng chất mà chúng xâm chiếm và làm như vậy, thay đổi pha của vật liệu từ thạch cao thành anhydrite. Các nhà nghiên cứu đã đạt được xác minh của quá trình này thông qua các thí nghiệm và công việc chỉ ra các chiến lược khả thi để con người giữ nước trong môi trường khắc nghiệt.
Ở sa mạc Atacama của Bắc Chile, một trong những nơi khô nhất trên Trái đất, các vi sinh vật có thể phá hủy sự tồn tại bằng cách lấy nước từ chính những tảng đá mà chúng xâm chiếm.
Thông qua công việc trong các thí nghiệm tại hiện trường và trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu tại Đại học California, Irvine, cũng như Đại học Johns Hopkins và UC Riverside đã hiểu sâu hơn về các cơ chế mà một số vi khuẩn lam tồn tại trong môi trường khắc nghiệt.
Những hiểu biết mới được công bố hôm nay trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (Proceedings of the National Academy of Sciences) chứng minh làm thế nào cuộc sống có thể phát triển ở những nơi không có nhiều bằng chứng – như Sao Hỏa – và cách mọi người sống ở vùng đất khô cằn một ngày nào đó có thể lấy được hydrat hóa từ các khoáng chất có sẵn.
David Kisailus, giáo sư khoa học vật liệu & kỹ thuật của UCI cho biết: “Văn phòng nghiên cứu quân sự đã tài trợ cho dự án này vì họ muốn hiểu làm thế nào các sinh vật có thể tồn tại trong môi trường khắc nghiệt”. “Họ cũng muốn chúng tôi giúp dịch điều đó để cho phép con người đối phó với những điều kiện khắc nghiệt nhất, cho dù nó ở giữa sa mạc hay trong khi khám phá các hành tinh khác.”
Nhóm nghiên cứu tập trung vào các tương tác của Chroococcidiopsis, một loại vi khuẩn lam kháng hút ẩm được tìm thấy trong các sa mạc trên khắp thế giới và thạch cao, một loại khoáng chất có chứa canxi sunfat. Các dạng sống thuộc địa tồn tại bên dưới một lớp đá mỏng cung cấp cho chúng một biện pháp bảo vệ chống lại sự bức xạ mặt trời cao của Atacama, cực kỳ khô và nhiều gió thổi.
Đồng tác giả Jocelyne DiRuggiero, phó giáo sư tại Khoa Sinh học của Đại học Johns Hopkins, đã đi đến sa mạc xa xôi để thu thập các mẫu thạch cao, được đưa trở lại phòng thí nghiệm của cô ở Hoa Kỳ. Cô đã cắt những mảnh nhỏ chứa vi khuẩn lam phân tích vật liệu.
Trong một trong những khám phá nổi bật nhất của nghiên cứu, các nhà nghiên cứu đã học được rằng các vi sinh vật thay đổi bản chất của đá mà chúng chiếm giữ. Bằng cách chiết xuất nước, chúng gây ra sự biến đổi pha của vật liệu – từ thạch cao thành anhydrite, một khoáng chất khử nước.
Theo DiRuggiero, động lực cho công trình được công bố xuất hiện khi Wei Huang, một học giả sau tiến sĩ của UCI về khoa học vật liệu & kỹ thuật, phát hiện dữ liệu cho thấy sự chồng chéo về nồng độ của anhydrite và cyanobacteria trong các mẫu thạch cao được thu thập ở Atacama.
Phân tích của các nhà khoa học về các khu vực đá nơi vi khuẩn bị xâm chiếm cho thấy giai đoạn mất nước của canxi sunfat và chúng trích xuất nước từ đá để tồn tại. Nhóm nghiên cứu muốn thực hiện một số thí nghiệm được kiểm soát nhiều hơn để xác nhận giả thuyết đó.
Sau đó, nhóm của DiRuggier cho phép các sinh vật xâm chiếm các khối đá nửa milimet, được gọi là ‘phiếu giảm giá’, trong hai điều kiện khác nhau: một trong sự hiện diện của nước, bắt chước môi trường độ ẩm cao và môi trường khác hoàn toàn khô ráo. Trong điều kiện độ ẩm, thạch cao không chuyển sang pha anhydrite.
Vi khuẩn lam không cần nước từ đá; chúng lấy từ môi trường xung quanh nhưng khi chúng được đặt trong điều kiện căng thẳng, các vi khuẩn không còn cách nào khác ngoài việc lấy nước từ thạch cao, tạo ra sự biến đổi pha này trong vật liệu.
Nhóm của ông đã sử dụng kết hợp kính hiển vi và quang phổ tiên tiến để kiểm tra sự tương tác giữa các đối tác sinh học và địa chất, phát hiện ra rằng các sinh vật khoan vào đá như những người khai thác nhỏ bằng cách bài tiết màng sinh học có chứa axit hữu cơ.
Huang đã sử dụng kính hiển vi điện tử biến đổi được trang bị máy quang phổ Raman để phát hiện ra rằng vi khuẩn lam đã sử dụng axit để xâm nhập vào thạch cao theo các hướng tinh thể cụ thể – chỉ dọc theo một số mặt phẳng mà chúng có thể dễ dàng tiếp cận với nước hơn giữa các mặt của các ion canxi và sunfat.
Kisailus cho biết dự án là một ví dụ tuyệt vời về sự hợp tác liên ngành giữa các nhà vi trùng học và các nhà khoa học vật liệu.
Các nhà nghiên cứu đã nghi ngờ trong một thời gian dài rằng các vi sinh vật có thể có thể chiết xuất nước từ khoáng chất, nhưng đây là minh chứng đầu tiên về nó. Đây là một chiến lược sinh tồn đáng kinh ngạc cho các vi sinh vật sống ở giới hạn khô khan cho sự sống và nó sẽ hướng dẫn chúng ta tìm kiếm sự sống ở nơi khác.
Robert Kokoska, Tiến sĩ, quản lý chương trình tại Văn phòng Nghiên cứu Quân đội, một thành viên của Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân sự của Bộ Tư lệnh Phát triển Khả năng Chiến đấu của Quân đội Hoa Kỳ, lưu ý: “Quân đội rất quan tâm đến việc vi sinh vật thích nghi tốt với môi trường khắc nghiệt như thế nào Khai thác cho các ứng dụng mới như tổng hợp vật liệu và sản xuất năng lượng trong các môi trường khắc nghiệt này. Nghiên cứu này cung cấp manh mối quý giá để khám phá các chiến lược thiết kế tiến hóa được sử dụng bởi các vi khuẩn sống ở sa mạc bản địa này để duy trì khả năng tồn tại của chúng trước nhiều thách thức môi trường. “
Tài trợ cho công việc được cung cấp bởi Văn phòng Nghiên cứu Quân đội và NASA.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Đại học California – Irvine . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :