Dưới lòng đất, một nơi được cho là 'cằn cỗi' với bóng tối vĩnh hằng lại là địa điểm cư ngụ của một hệ sinh thái sôi động đang âm thầm phát triển – được nuôi sống không bởi ánh sáng mặt trời, mà nhờ những cơn địa chấn và sự va đập của các mảng Trái Đất.
Hình minh họa. Xinhua
Theo tờ South China Morning Post, một nghiên cứu mới đây do các nhà khoa học Trung Quốc và Canada thực hiện đã phát hiện ra “động cơ năng lượng” đáng kinh ngạc nuôi dưỡng sự sống trong lòng đất sâu thẳm. Sự đứt gãy và xô đẩy của lớp trong vỏ Trái Đất từ các trận động đất cũng như những dịch chuyển kiến tạo các mảng đã tạo ra nguồn năng lượng này.
Trong khi tiểu thuyết gia Pháp thế kỷ 19 Jules Verne từng tưởng tượng ra một thế giới dưới lòng đất với rừng nấm khổng lồ cao tới 12 mét, các loài voi ma-mút và chuồn chuồn khổng lồ, thì khoa học truyền thống lại cho rằng nơi cách mặt đất hàng kilomet – không ánh sáng, không dưỡng chất từ bề mặt – không thể tồn tại sự sống.
Tuy nhiên, những khám phá gần đây đã đảo ngược quan điểm đó và đã tiết lộ về một hệ sinh quyển nằm sâu dưới lòng đất, có quy mô rộng lớn và hoạt động rất mạnh mẽ. Đây là nơi sinh sống của khoảng 95% sinh vật nhân sơ (prokaryote) của hành tinh Xanh – chiếm khoảng 1/5 tổng sinh khối của Trái Đất.
Năng lượng từ sự đứt gãy, va chạm
Vậy làm thế nào các vi sinh vật có thể tồn tại trong môi trường sâu và biệt lập như vậy?
Nghiên cứu được dẫn đầu bởi Giáo sư Zhu Jianxi và He Hongping từ Viện Địa hóa Quảng Châu (GIG) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cùng Giáo sư Kurt Konhauser từ Đại học Alberta (Canada) đã đưa ra câu trả lời. Công trình được công bố trên tạp chí Science Advances ngày 19/7.
Các nhà khoa học phát hiện rằng hoạt động địa chấn và sự đứt gãy của lớp vỏ Trái Đất giống như một “máy phát điện tự nhiên”, liên tục tạo ra năng lượng nuôi sống sự sống dưới lòng đất.
“Trong bóng tối tĩnh lặng, các phản ứng hóa học giữa đá và nước đã tạo ra nguồn năng lượng. Quá trình này hoạt động giống như một viên pin, tạo ra cực dương và cực âm giúp dòng điện – tức dòng electron – luân chuyển, cung cấp năng lượng cho sự trao đổi chất của sự sống”, ông Zhu cho biết.
Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng trên khoáng vật phổ biến nhất trong vỏ Trái Đất – thạch anh – trong phòng thí nghiệm, để tái tạo hai kiểu đứt gãy đá cơ bản: đứt gãy kéo giãn, nơi đá đột nhiên nứt ra với tốc độ đột ngột, để lộ bề mặt mới ngay lập tức tiếp xúc với nước; và đứt gãy trượt, nơi đá bị nghiền nát liên tục do các các chuyển động trượt trong nước.
Cả hai kiểu đứt gãy đều khiến các phân tử nước bị tách rời, tạo ra khí hydro và các dạng oxy phản ứng mạnh. Trong đó, kiểu đứt gãy kéo giãn đặc biệt hiệu quả trong việc tích tụ hydro peroxit (H202 – thường được gọi là nước oxy già với tính oxy hóa cao).
Khi hydro peroxit kết hợp với hydro, chúng tạo thành một cặp phản ứng oxy hóa khử tự nhiên – cơ chế then chốt trong các phản ứng sinh hóa. Phản ứng này tạo ra năng lượng điện lên tới 0,82 volt – đủ để cung cấp năng lượng cho hầu hết các phản ứng duy trì sự sống.
Sắt, một nguyên tố phong phú trong vỏ Trái đất, đóng vai trò chất trung gian trong quá trình tạo ra năng lượng. Một lượng nhỏ hydro peroxit có thể oxi hóa sắt (II) thành dạng sắt (III), trong khi hydro phản ứng giúp tái khử sắt (III) trở lại sắt (II) – tạo ra dòng electron liên tục như một “mạng lưới điện ngầm” dưới lòng đất.
Dòng năng lượng này không chỉ nuôi sống vi sinh vật mà còn vận hành các chu trình sinh địa hóa của carbon, nitơ và lưu huỳnh.
Sự sống có thể bắt nguồn từ lòng đất?
Từ năm 2023, nhóm nghiên cứu tại GIG đã phát hiện các khoáng vật dưới áp lực lớn có thể tạo ra oxy trên bề mặt – thậm chí còn mạnh hơn cả quá trình quang hóa trong khí quyển. “Hóa học cơ bản bị bỏ qua lâu nay có thể là chìa khóa giải thích sự hình thành của oxy và hydro ban đầu trên Trái Đất. Nó có thể là cơ chế nội tại thúc đẩy quá trình tiến hóa đồng thời giữa khoáng vật và sự sống thời sơ khai”, ông Zhu nói.
Không chỉ là nơi lưu giữ sự sống cổ xưa, vùng sâu dưới lòng đất còn được các nhà khoa học xem là “khu trú ẩn” tự nhiên, được bảo vệ khỏi bức xạ cực tím và các vụ va chạm thiên thạch – những yếu tố từng gây ra các vụ tuyệt chủng của các sinh vật trên bề mặt Trái Đất.
Sự sống không chỉ riêng xuất hiện trên Trái Đất?
Khả năng chuyển hóa năng lượng cơ học thành năng lượng hóa học không chỉ giới hạn trên Trái Đất. “Cơ chế này cũng có thể xảy ra ở những nơi khác như sao Hỏa hay vệ tinh Enceladus của sao Thổ”, Giáo sư He Hongping nhận định.
Ông cho rằng việc phát hiện các dấu hiệu liên quan đến phản ứng oxy hóa khử như hydro, methane, oxy hay sự biến đổi trạng thái của sắt trong các vùng đứt gãy của sao Hỏa có thể là manh mối cho thấy sự sống vẫn đang hoạt động trong lòng của hành tinh Đỏ.
Vì thế, lần tới nếu bạn cảm nhận mặt đất rung chuyển do động đất, hãy nhớ rằng, sâu dưới chân ta – trong bóng tối dày đặc và yên lặng – những tảng đá vỡ vụn có thể đang khơi dậy sự sống. Những thế giới ẩn sâu trong lòng đất – của Trái Đất và có thể cả sao Hỏa – có lẽ sống động hơn ta từng tưởng.
