Vi khuẩn sống nhờ Asen - những dạng sống mới

Vi khuẩn sống nhờ Asen - những dạng sống mới
- Chúng ta có được được những bằng chứng về dấu hiệu đầu tiên của một "sinh quyển bóng tối" - một hình thức song song của sự sống trên Trái đất - với một hệ sinh hóa khác với tất cả những gì đã biết. Vi khuẩn có thể phát triển mà không cần phốt pho, một trong sáu nguyên tố hóa học được cho là thiết yếu với cuộc sống. Vi khuẩn này thay thế phốt pho bằng asen, một chất độc chết người.-Chúng ta có được được những bằng chứng về dấu hiệu đầu tiên của một "sinh quyển bóng tối" - một hình thức song song của sự sống trên Trái đất - với một hệ sinh hóa khác với tất cả những gì đã biết. Vi khuẩn có thể phát triển mà không cần phốt pho, một trong sáu nguyên tố hóa học được cho là thiết yếu với cuộc sống. Vi khuẩn này thay thế phốt pho bằng asen, một chất độc chết người.

Hình ảnh vi khuẩn chứa asen trong cấu trúc DNA của chúng

Các kết quả nghiên cứu của ông Felisa Wolfe-Simon thuộc khoa sinh hoc vũ trụ và khảo sát địa chất Hoa Kỳ tại Menlo Park, California cho thấy : "Cuộc sống của chúng ta có thể ẩn chứa nhiều biến đổi linh hoạt và phức tạp hơn rất nhiều so với những lý thuyết mà chúng ta thường giả định hoặc xây dựng ra".

Lấy mẫu vi khuẩn chứa asen ở hồ Mono Lake (Ảnh: BBC)

Nhóm nghiên cứu của Wolfe-Simon đã mang bùn có chứa vi khuẩn từ hồ Mono Lake giàu asen về và nuôi chúng trong điều kiện giảm dần nồng độ phốt pho. Lý giải của họ là vì asen là nguyên tố nằm bên dưới phốt pho trong bảng tuần hoàn, và nhiều tính chất hóa học của nó giống như phốt pho và thậm chí nếu được sử dụng như một nguồn năng lượng cho một số vi khuẩn, sâu bọ, nó có thể trao đổi bình thường với những vi khuẩn, sâu bọ khác. Và đó chính là những gì đã xảy ra.

Hồ Mono Lake - nơi tìm ra mẫu vi khuẩn chứa asen (Ảnh: Wikipedia)

"Sau một năm, chúng vẫn còn sống và hoạt động tốt," ông Paul Davies thuộc đại học bang Arizona ở Tempe cho biết. Không chỉ vậy, nhóm nghiên cứu cho thấy khả năng kết hợp sâu vào việc xây dựng các khối phân tử vi khuẩn của asen, như chủng GFAJ-1 của họ Halomonadaceae , việc kết hợp này có thể xuống đến DNA. Phát hiện này có ý nghĩa vô cùng quan trọng vì nó làm thay đổi suy nghĩ của chúng ta về khái niệm sự sống cũng như mở ra một tia sáng mới trong việc tìm kiếm sự sống ở các hành tinh có điều kiện khí hậu khắc nghiệt trong hệ Mặt trời như sao Hỏa hay sao Thổ   Nền tảng của cuộc sống Cho đến nay, tất cả những hiểu biết về cuộc sống đã được xây dựng trong khoảng sáu nguyên tố hóa học chính là carbon, hydro, nitơ, phốt pho, ôxy và lưu huỳnh - được biết đến như CHNOPS - tạo nên protein, lipid và DNA. Trong tất cả các dạng sống bình thường, phốt pho là một phần chính trong bộ khung của các vật liệu di truyền.  

CHNOPS - nề tảng của sự sống (Ảnh phschool.com)

Ông Philippe Bertin của Đại học Strasbourg, Pháp cho biết "Đây là lần đầu tiên như một sự thay thế thành phần nguyên tố cơ bản được chứng minh ở cấp độ DNA". "Có lẽ, đó là một di tích của quá trình tiến hóa của tổ tiên các loài vi khuẩn này, và sự tiến hóa này đã thay thế asen bằng phốt pho trong cấu trúc DNA vì sử dụng phốt pho ổn định hơn và ít độc hại hơn." Mặc dù còn sống sót trên asen trong một năm, nhưng các vi khuẩn sẽ vẫn "thích" để phát triển bằng cách sử dụng phốt pho hơn vì các phản ứng phân tử sinh học hiệu quả hơn trong nước và dường như được ổn định hơn khi xây dựng với phốt pho hơn là asen. Chúng chỉ sử dụng asen nếu không có phốt pho để thay thế.

Steven Benner, một nhà hóa học của tổ chức Phát triển Ứng dụng phân tử ở Gainesville, Florida, người đã làm việc trên các hình thức thay thế của ADN, hoài nghi về việc các vi khuẩn có thực sự chứa asen. "Tôi nghi ngờ những kết quả này," ông nói, "để đo các DNA được sửa đổi, các DNA phải được đưa vào một loại gel có chứa nước, trong môi trường đó các phân tử có chứa asen sẽ nhanh chóng phân ly. Bất kỳ giả thuyết nào cho rằng rằng có thể thay thế phốt pho bằng asen trong phân tử sinh học phải đưa xem xét lại". Sinh quyển bóng tối Davies cho biết trong tương lai việc nghiên cứu sẽ giải quyết vấn đề ổn định trong nước, nhưng ông cho rằng khám phá này nhấn mạnh sự cần thiết của việc phải nhìn xa hơn cho những đại diện thực sự đầu tiên của các dạng sống khác trong sinh quyển bóng tối của Trái đất. "Nơi nào để tìm kiếm chúng? Những khu vực sinh thái ở các cực, hoặc bị cô lập như là sa mạc khô hay cao nguyên lạnh, lỗ khoan ở các lớp phủ hoặc sâu hơn, hồ bị ô nhiễm, biển sâu, miệng thuỷ nhiệt sẽ là những nơi lý tưởng. "Nó cũng có thể được rằng cuộc sống kỳ lạ đang ở xung quanh chúng ta, xen kẽ với cuộc sống dựa trên nền tảng cacbon. Nếu có, nó sẽ được khó phát hiện, nhưng chúng ta sẽ phải tìm một cách để đem mọi thứ ra ánh sáng", ông Davies hồ hởi cho biết.

Hệ sinh thái bóng tối liệu có bắt đầu từ biển sâu?

Vi khuẩn chứa asen cũng có thể có ý nghĩa cho cuộc sống ngoài trái đất. "Nếu cuộc sống bắt đầu với nhiều hơn một cách như trên hành tinh của chúng ta, nó sẽ rất đặc biệt để tin rằng ở những nơi khác trong vũ trụ, chúng rất đông đức", ông Davies cho biết thêm. Ông nói rằng chúng ta nên suy nghĩ cẩn thận về những nguyên tố hóa học để theo dõi và tìm thấy chúng.