Chỉ có những sinh vật mạnh mẽ mới có thể phát triển tốt trong một trong những suối lạnh nhất trên trái đất. Đó là lý do tại sao vào mùa hè của năm 2017 và 2019, Lyle Whyte đã sử dụng một chiếc trực thăng để đến Lost Hammer Spring ở khu vực Bắc Cực vắng vẻ của Nunavut, Canada. Tuyết, băng, tufa muối, đá và đất đóng băng bao quanh nguồn nước nhỏ nhẹ, nằm giữa những ngọn núi gần như trơ trụi, không có cây ở đảo Axel Heiberg, cách vài trăm dặm từ Cực Bắc. Anh ta đã đến nơi ngoài thế giới này để nghiên cứu vi khuẩn sống trong nước mặn, lạnh và thấp oxy hy vọng có thể tìm hiểu về cuộc sống có thể đã như thế nào nếu nó từng xuất hiện ở những nơi tương tự—trên Sao Hỏa.
Trong một bài báo mới trong Tạp chí Hội Sinh vật Học Vi khuẩn Quốc tế, Whyte và đồng nghiệp của ông viết rằng các vi sinh vật sống một vài inch dưới cát lợp của suối thực sự có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt. Hầu hết các loài trên Trái Đất phụ thuộc trực tiếp hoặc gián tiếp vào năng lượng mặt trời. Nhưng các vi khuẩn này có thể sống sót bằng một nguồn năng lượng hóa học: chúng ăn và thở các hợp chất không hữu cơ như metan và hidro sunfit, khiến cho khu vực này mùi như trứng thối, ngay cả từ xa. (Phi hành đoàn nghiên cứu gọi địa điểm này là “suối tanh.”) “Bạn có những con bọ ăn đá, về cơ bản, đang ăn các phân tử không hữu cơ đơn giản, và họ đang làm điều này dưới điều kiện giống như Sao Hỏa, trong thế giới lạnh lẽo này,” Whyte, một nhà sinh học thiên văn tại Đại học McGill ở Montreal, Canada, nói.
Cuộc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh thường tập trung vào Hành Tinh Đỏ. Các nhà khoa học tin rằng hơn 3 tỷ năm trước đây, Sao Hỏa ấm áp và ẩm ướt hơn so với ngày nay và có một không khí bảo vệ hơn. Mặc dù hành tinh gần như hoàn toàn không thể sống được cho cuộc sống bây giờ, các nhà nghiên cứu tưởng tượng ra vi khuẩn Sao Hỏa đã sống sót hoặc thậm chí phát triển mạnh mẽ ở đáy lầy lạnh. Các nhà khoa học đã gửi những chiếc rover để bò dọc theo bề mặt để tìm kiếm bằng chứng về những vi khuẩn ngoài hành tinh đã tuyệt chủng từ lâu, và một chiếc máy bay trực thăng để khám phá con đường phía trước. Nhưng việc gửi một cuộc thám hiểm lấy mẫu đến Sao Hỏa là đắt đỏ — và khó khăn. Canada gần đây và nó không tồi.
Suối Lost Hammer có một số đặc điểm độc đáo mô phỏng một số phần của cảnh địa Sao Hỏa, Whyte nói. Đầu tiên, có nhiệt độ dưới không (khoảng -5 Celsius), cũng như độ mặn cực kỳ cao của nước — 25% mặn, khoảng 10 lần mặn nước biển. (Muối giữ cho nước duy trì ở trạng thái lỏng, ngăn nó đông lại.) Đã được phát hiện rằng Sao Hỏa có một số mỏ muối ở đây và có lẽ một số trong số đó có thể đã từng ở trong các dung dịch muối cách đây hàng tỷ năm, có lẽ đã là những địa điểm sống cuối cùng trên hành tinh. Nước tại Lost Hammer gần như không có oxy, dưới 1 phần triệu, điều hiếm thấy trên Trái Đất nhưng không hiếm trên các hành tinh khác. Mọi sinh vật sống ở đó được tính là “động vật sống cực,” vì chúng sống trong điều kiện u ám, ở mép của nơi mà cuộc sống có thể tồn tại.
Trên mỗi chuyến đi đến khu vực hẻo lánh của Canada, Whyte và đồng nghiệp của ông đã gặp mẫu bùn mặn, mỗi mẫu chỉ vài gram. Trở lại phòng thí nghiệm của họ, họ đã sử dụng máy móc để phân lập tế bào vi khuẩn và giải mã gen và RNA của chúng để tìm hiểu xem vi khuẩn sử dụng nguồn năng lượng và làm thế nào chúng chịu được điều kiện trong suối. Điều đó có thể giúp các nhà thiên văn tìm hiểu nơi và cách vi khuẩn có thể được duy trì trên Sao Hỏa hoặc các hành tinh khác.
“Từ góc độ giả tưởng Sao Hỏa, nghiên cứu này thực sự là thú vị,” nói Janice Bishop, một nhà sinh học thiên văn tại Viện SETI ở Mountain View, California. Suối Lost Hammer có thể giống khu vực ở phía tây của Olympus Mons của Sao Hỏa, đỉnh núi cao nhất trong hệ Mặt Trời. Ở đó, từ thời gian này đến thời gian khác trong quá khứ, dung dịch muối có thể đã trào lên qua tảng đất đóng băng, tạo ra các suối lạnh chảy, Bishop lập luận. Các vệt trên Sao Hỏa có thể là dấu hiệu của những dòng nước từng có.
Analog Mars đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu phổ biến, với các nhà khoa học nghiên cứu về sự sống trên địa hình khô cằn, núi non của Hawaii và Chile, cũng như những ngọn núi núi đá bazan của Iceland, ví dụ. Các dung dịch muối dưới không của Suối Lost Hammer, cũng như ở một số địa điểm ở Nam Cực, nên được bao gồm trong các danh sách những địa điểm hữu tình khác trên Trái Đất. Nhưng cách chính xác mà vi khuẩn tồn tại ở đó sẽ đòi hỏi nghiên cứu chi tiết hơn.
“Đây là nghiên cứu đầu tiên mà tôi biết họ đã đặc trưng hóa vi khuẩn,” Bishop nói.
Phân tích gen của đội ngũ đã cho thấy những sinh vật có thể đang tiêu thụ metan và các hợp chất không hữu cơ khác, một kết luận đầy khích lệ xét đến việc gần đây phát hiện metan trên Sao Hỏa. (Nhưng quá trình địa chất cũng có thể tạo ra metan, vì vậy sự hiện diện của nó không phải là một vũ khí chứng minh rằng cuộc sống đã tồn tại ở đó.)
Nghiên cứu như của Whyte có thể thông tin cho quyết định về việc gửi rover hoặc đài hạ cánh trong tương lai, bao gồm cả nhiệm vụ ExoMars của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu sau thập kỷ này. Tuy nhiên, một phân tích gen như vậy chỉ có thể được thực hiện trên Trái Đất, không thể được thực hiện từ xa bằng rover, điều này có nghĩa là những nhiệm vụ này sẽ cần lấy mẫu để được gửi về Trái Đất. (Perseverance, rover mới nhất của NASA trên Sao Hỏa, đang trong quá trình lấy mẫu đá sỏi sẽ để lại trong một kho để một nhiệm vụ đánh bại tương lai.)
“Tôi thực sự nghĩ rằng có nhiều giá trị trong việc khám phá các vùng cực và đăng ký hiểu biết của chúng ta, bởi vì chúng ta có một lượng thông tin lớn về gen vi khuẩn,” nói Jill Mikucki, một nhà sinh thái vi khuẩn tại Đại học Tennessee ở Knoxville, nghiên cứu gần đây của bà đã liên quan đến việc nghiên cứu các dung dịch muối lạnh ở Nam Cực. “Điều này giúp chúng ta và đào tạo chúng ta về cách chúng ta có thể thực hiện một số phân tích như vậy nếu chúng ta có mẫu trả lại từ Sao Hỏa, ví dụ với nhiệm vụ Mars 2020” với rover Perseverance.
Nghiên cứu của đội ngũ cũng hứa hẹn cho việc tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh ngoài Sao Hỏa, bao gồm cả các biển dưới lòng đất mặn của các hành tinh biển. “Những con bọ chúng tôi tìm thấy ở Lost Hammer đứng đầu danh sách các loại vi khuẩn mà chúng tôi giả định có thể sống trên Sao Hỏa hoặc trên các mặt trăng băng của Enceladus hoặc Europa,” Whyte nói.