Sự sống lâu đời nhất Trái Đất vừa được phát hiện ở phía Bắc Canada

Cách phía bắc Inukjuak - một ngôi làng Inuit ở bắc Quebec - khoảng 35km có một dải đá trồi lên bất thường từ mặt đất. Dải đá này được biết đến với tên gọi Nuvvuagittuq Supracrustal Belt, cấu thành chủ yếu từ đá xám-xanh, với các đường viền vân đỏ. Nếu bạn trèo lên dải đá này, và bạn chẳng phải là một nhà địa chất học, thì có lẽ bạn sẽ chẳng nhận ra thứ mình đang đứng trên đó. Những tảng đá này được cho là đã hình thành từ hàng tỷ năm trước dưới đáy các đại dương tiền sử, gần các miệng phun thủy nhiệt cổ đại. Và chúng mang trên mình dấu hiệu của một dạng sống cổ đại lạ thường, có khả năng viết lại lịch sử của hành tinh Trái Đất!

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế cho biết loại đá này có tuổi đời từ 3,8 đến 4,3 tỷ năm - là loại đá già nhất từng được tìm thấy trên hành tinh của chúng ta. Nhưng đó chưa phải là tất cả. Cấu trúc kỳ dị của chúng chính là dấu hiệu của sự hiện diện của các chủng vi sinh vật cổ đại, biến chúng thành những "vi hóa thạch" già nhất từng được phát hiện, và cũng là bản ghi sự sống già nhất trên Trái Đất.

Dải đá Nuvvuagittuq Suprcrustal Belt, đằng sau là một phần nhỏ của đảo Nastapoka.

Hành tinh của chúng ta chỉ khoảng 4,5 tỷ năm tuổi. Ở thời kỳ mà loại đá này hình thành, Trái Đất mới chỉ nguội đi và đại dương mới được hình thành chỉ khoảng vài trăm triệu năm, bầu khí quyển rất độc hại và tình trạng hành tinh hầu như chẳng thể cho phép bất kỳ dạng sống nào mà chúng ta biết ngày nay tồn tại được. Thời kỳ đầu này của Trái Đất - được gọi là Hadean Eon, rơi vào khoảng 4,5 đến 4 tỷ năm về trước - chẳng khác gì địa ngục đến nỗi nó được đặt tên theo Hades (Thần cai quản Âm phủ trong thần thoại Hy Lạp).

Đó là một trong những lý do tại sao những khám phá như thế này lại vô cùng quan trọng: nếu sự sống có thể nảy sinh trên Trái Đất thời sơ khai, thì chúng cũng có thể nảy sinh trên các hành tinh khác!

Các ống Haematite từ chất lắng NSB tại các miệng phun thủy nhiệt cho thấy những vi hóa thạch già nhất hành tinh và cũng là bằng chứng cho sự sống trên Trái Đất.

Nhà địa hóa học Dominic Papineau - đến từ Quebec - đã thực hiện một chuyến khảo sát hiện trường đến khu vực phía bắc của tỉnh này vào năm 2011. Để đến được đây, ông đã phải bay 3 chuyến bay liên tục trên những chiếc máy bay cánh quạt nhỏ, cùng 3 tiếng đi thuyền.

Papineau không hề kỳ vọng sẽ tìm được hóa thạch, chủ yếu bởi đá ở đây đã bị biến chất nặng (có nghĩa là chúng đã trải qua những thay đổi dưới áp lực rất lớn và nhiệt bên dưới vỏ Trái Đất - một quá trình được cho là sẽ tiêu diệt bất kỳ dấu hiệu sự sống nào).

Lớp kết hạch khúc xạ màu đỏ sáng của đá phiên silic hematit có chứa vi sinh vật. Một tảng đá núi lửa màu xanh đậm ở phía trên bên phải thể hiện các kết tủa thủy nhiệt trên đáy biển.

Thật kỳ lạ khi thấy trận địa kim loại đỏ sáng này nằm rải rác giữa khung cảnh xám-xanh - Papineau nói. "Một giả thuyết về loại đá này là đã có sự tác động sinh học trong quá trình hình thành của chúng" - vị giáo sư Đại học London (UCL) nhận định.

Một số loại vi khuẩn nhất định còn tồn tại ngày nay có thể "thu hoạch" dưỡng chất từ sắt thông qua một phản ứng hóa học. Papineau tự hỏi rằng liệu có phải các sinh vật tương tự đã tồn tại khoảng 4 tỷ năm về trước?

"Tôi bị tò mò bởi sự xuất hiện của loại đá này, do đó tôi đã lấy mẫu chúng" - Papineau nói - "Nhưng thứ làm tôi nghĩ có một thứ quan trọng có lẽ đang được lưu giữ bên trong chúng là khi tôi tìm thấy các thể kết ngọc thạch anh (khoáng thạch lắng đọng hình thành bởi các vi khuẩn) tại hiện trường".

Những trầm tích sắt đỏ (hematit - một loại khoáng chất sắt) tìm thấy trong ngọc thạch anh đã làm hình thành nên nhiều cấu trúc hình ống, hình sợi, hình hạt, và hình hoa thị. Dù điều này cho thấy có khả năng loại đá này có nguồn gốc sinh học, nhưng đó vẫn chỉ là "có khả năng" mà thôi. Có rất nhiều cách để tạo nên những cấu trúc như vậy thông qua các tương tác phi sinh học, do đó Papineau và các nhà khoa học khác sẽ phải nghiên cứu sâu hơn nữa. Một đặc tính thú vị của sự hình thành nói trên là các lớp khoáng chất khác bao quanh chúng.

"Những hình hoa thị mà chúng tôi thu được có cấu tạo từ carbonate cùng apatite và carbon graphit. Carbonate cùng apatite là thứ cấu thành nên xương" - ông nói.

Hình hoa thị siêu nhỏ cấu tạo từ sắt-carbonate với các lớp thạch anh đồng tâm và lõi của một tinh thể thạch anh đơn với một lượng nhỏ hematit màu đỏ từ Nuvvuagittuq Supracrustal Belt.

Nói cách khác, đây là những vật chất mang nhiều tính hữu cơ có khả năng bắt nguồn từ các vi hóa thạch.

Tại UCL, Papineau cùng trưởng nhóm tác giả Matthew Dodd đã sử dụng kính hiển vi và quang phổ học để tiếp tục nghiên cứu các loại đó này. Cuối cùng, họ kết luận rằng có bằng chứng về vi hóa thạch của các sinh vật ôxy hóa sắt cổ đại.

Chỉ có một số rất ít nơi trên thế giới mà bạn có thể tìm thấy những khối đá có niên đại tương tự như vậy. Một trong số đó là các cấu trúc bồi tụ hóa ở Greenland. Năm 2016, các nhà khoa học công bố rằng họ phát hiện ra các hóa thạch có niên đại 3,7 tỷ năm tại đó, và tại thời điểm phát hiện, chúng là những hóa thạch lâu đời nhất từng được biết đến.

Những hóa thạch này được hình thành trong cùng thời kỳ địa chất với loại đá trong bài viết này, và được tạo thành bởi các vi sinh vật "thở" ra oxy. Có nghĩa là không chỉ có sự sống ở những giai đoạn rất sơ khai của hành tinh chúng ta, mà chúng còn tương đối đa dạng.

"Nếu thực sự có những vi khuẩn sản sinh ra oxy, thì cũng có những vi khuẩn oxy hóa sắt ở gần các miệng phun thủy nhiệt, thì sự sống đã khá đa dạng, bởi những vi khuẩn này có liên hệ (dù khá xa) với các vi sinh vật ngày nay" - Papineau nói.

Một cột đá chỉ đường chồng lên nhau do người Inuit làm nên.

Việc tìm ra hai nhánh sự sống khác biệt ở thời kỳ rất sơ khai của lịch sử hành tinh mở ra cánh cửa tìm kiếm sự sống trên các hành tinh khác. Nếu hai loài vi khuẩn riêng rẽ có thể sinh sống trên Trái Đất từ sớm như vậy, chúng cũng có thể được tìm thấy gần các miệng phun thủy nhiệt trên các biển cổ đại của Sao Hỏa, hay ngay bên trong đại dương ngầm của Europa? Các nhà khoa học đã tìm thấy những thể kết hạch hematite trên Sao Hỏa, dưới dạng "quả việt quất" phát hiện bởi xe thám hiểm Opportunity.

Papineau chọn Quebec làm mục tiêu bởi sau khi biết được nghiên cứu tại Greenland, ông biết những mẫu vật tương tự có thể sẽ được tìm thấy gần nơi mình ở hơn. "Đây là tỉnh nhà của tôi. Đây là đất nước của tôi" - ông nói. Bằng cách khám phá ra các loại đá cổ đại ở phía Bắc địa phương này, ông và các cộng sự đã viết lại lịch sử sự sống trên Trái Đất.