Các nhà nghiên cứu từ Đại học Munich (LMU Munich) thông qua chứng cứ từ hóa thạch và phân tích gen đã thành công trong việc phục hồi quá trình trao đổi chất cổ đại, từ đó rút ra kết luận rằng các dạng sống nguyên thủy nhất có thể đã sinh sống trong môi trường ấm áp, sử dụng hidro làm nguồn năng lượng và sản sinh metan như một sản phẩm phụ trong quá trình trao đổi chất.
Để nghiên cứu sâu hơn, giáo sư William Orsi từ Khoa Địa chất và Khoa học Môi trường của LMU đã dẫn dắt nhóm nghiên cứu thực hiện một loạt thí nghiệm mô phỏng, khôi phục trạng thái môi trường trên Trái đất cách đây khoảng 4 đến 3,6 tỷ năm. Trong các thí nghiệm tại phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã tạo ra phiên bản thu nhỏ của hiện tượng “ống khói đen” (black smokers), mà xảy ra ở miệng nguồn nóng dưới đáy biển. Giống như sự phát sinh tự nhiên dưới đáy đại dương, phản ứng địa hóa học giữa sắt và lưu huỳnh diễn ra ở nhiệt độ cao, trong quá trình sinh ra hidro (H₂), đã hình thành các khoáng vật sulfide như mackinawite (FeS) và greigite (Fe₃S₄).
Trong môi trường được gọi là “vườn hóa học” (chemical gardens), một loại vi khuẩn cổ siêu ưa nhiệt có tên Methanocaldococcus jannaschii không chỉ phát triển mạnh mẽ mà còn vượt quá cả mong đợi của các nhà nghiên cứu. Các nhà nghiên cứu giải thích rằng, bên cạnh việc quá biểu hiện một số gen liên quan đến quá trình trao đổi chất acetyl-CoA, thực tế, các loại vi khuẩn này còn cho thấy sự tăng trưởng theo cấp số nhân mà không cần thêm bất kỳ chất dinh dưỡng, vitamin hay kim loại vi lượng nào trong các thí nghiệm.
Điều này cho thấy loại vi sinh vật đơn bào này đã chứng tỏ khả năng sử dụng hiệu quả hidro do phản ứng lắng đọng sulfide sắt vô cơ tạo ra như một nguồn năng lượng.
Trong “vườn hóa học”, các tế bào này liên tục bám sát các hạt mackinawite. Điều này phù hợp với bằng chứng hóa thạch cho thấy có dấu vết hóa thạch của các dạng sống vi sinh đầu tiên trong trầm tích khoáng vật này trong lịch sử đầu tiên của Trái đất.
Các nhà nghiên cứu từ kết quả nghiên cứu đã rút ra kết luận rằng, vào khoảng 4 tỷ năm trước, các phản ứng hóa học trong quá trình lắng đọng khoáng vật sulfide sắt đã cung cấp đủ năng lượng cho sự sống của các tế bào đầu tiên, từ đó tạo nền tảng cho cơ chế trao đổi chất dựa vào hidro của các vi sinh vật đầu tiên trên Trái đất trẻ.
NASA đã từ lâu xem vệ tinh Enceladus là một trong những ứng viên có thể có sự sống, vì vậy nghiên cứu tiếp theo của nhóm nghiên cứu LMU sẽ mô phỏng trạng thái môi trường của Enceladus trong phòng thí nghiệm để kiểm tra xem những vi khuẩn siêu ưa nhiệt này có khả năng sống sót và phát triển ở đó hay không.
(Nguồn hình ảnh: NASA)