Các dạng sống cổ đại nhất Trái Đất đang thức dậy sau 40,000 năm ngủ yên trong lớp băng vĩnh cửu

Trong khoảng thời gian từ 1550 đến 1850, một sự thay đổi thời tiết đột ngột được đặt tên là “Tiểu Băng Hà” (Little Ice Age) đã tăng kích cỡ các tảng băng ở Bắc Cực. Ở hòn đảo Ellesmere của Canada, tảng băng Giọt Nước Mắt (Teardrop) trong quá trình phát triển đã đóng băng một búi rêu nhỏ.

Từ năm 1850, búi rêu đó nằm dưới một một lớp băng dày tầm 30 mét trong khi con người tìm ra kháng sinh, lên mặt trăng và đốt hơn hai nghìn tỷ tấn nhiên liệu hóa thạch.

Nhờ những phát hiện mới nhất, nhà sinh học tiến hóa Catherine La Farge đã có mặt tại Teardrop để tìm ra loài Aulacomnium turgidum. Búi rêu đã nhạt màu và rách nát, nhưng có một màu xanh tươi - một dấu hiệu của sự sống.

Những câu chuyện về thay đổi khí hậu thường cho thấy rõ sự mong manh của hệ sinh thái của Trái Đất. Nó càng trở nên u tối khi Liên Hợp Quốc thông báo rằng có khoảng 1 triệu loài cây và động vật đang trên bờ tuyệt chủng.

Nhưng đối với một số loài đặc biệt, các chỏm băng tan và vĩnh cửu đang tiết lộ một câu chuyện khác - một câu chuyện về khả năng phục hồi sinh học đáng kinh ngạc.

Các nhà nghiên cứu ở Bắc cực đang tìm ra những sinh vật, đông lạnh và đã được cho là chết trong nhiều thiên niên kỉ, có thể mang lại sự sống một lần nữa. Chúng bao gồm từ những vi khuẩn đơn giản tới những động vật đa bào, và sức bền bỉ của chúng đang khiến cho các nhà khoa học trở nên bất ngờ.

“Bạn không cho rằng bất kì cái gì bị chôn vùi trong vòng hàng trăm năm lại có thể làm được vậy” La Farge - nhà nghiên cứu đám rêu tại đại học Alberta - nói.

Vào 2009, đội ngũ của bà đang tìm xung quanh Teardrop để tìm những mảnh thực vật như thế này. Mục đích của công trình này là để thu thập dữ liệu về thảm thực vật đã hình thành nên bề mặt của hòn đảo từ rất lâu rồi.

“Các vật chất như thế này thì thường được cho là đã chết. Nhưng khi thấy lớp mô màu xanh, tôi nghĩ rằng điều đó khá là bất thường”. La Farge nói về búi rêu đã hàng trăm năm tuổi mà bà tìm thấy.

Sau khi đem những mẫu này về Edmonton, bà đã chu cấp cho chúng một môi trường giàu dưỡng chất trong phòng thí nghiệm. Gần như một phần ba số cây này đã đâm chồi và mọc lá.

“Chúng tôi khá là bất ngờ” La Farge chia sẻ “Đống rêu này cho thấy rất ít những ảnh hưởng xấu từ quá trình đóng băng sâu”.

Không dễ dàng gì để tồn tại khi bị đóng băng hoàn toàn. Các tinh thể đá gồ ghề có thể xé toạc các lớp màng và các bộ máy sinh học quan trọng khác. Nhiều cây và động vật có thể sẽ chịu thua trước cái lạnh của mùa đông, chờ đợi tới mùa xuân để có thể đẻ trứng hoặc đâm chồi nảy lộc.

Các loài rêu đã chọn một con đường khó khăn hơn. Chúng hút ẩm khi nhiệt độ rơi đột ngột, bỏ qua các tiềm ẩn của việc băng hình thành trong mô. Nếu các bộ phận của cây chịu thiệt hại, một số tế bào có thể phân chia và biệt hóa thành tất cả các loại mô khác nhau mà bao gồm như một loại rêu hoàn chỉnh, giống như tế bào gốc trong phôi thai của con người.

Nhờ những thích ứng này, rêu có tần suất cao hơn những loài thực vật khác để sống sót trong việc bị đóng băng lâu dài, dựa theo Peter Convey, một nhà sinh thái học thuộc Đoàn khảo sát Nam cực của Anh.

Cùng lúc với dự án hồi sinh rêu của La Farge, Đoàn khảo sát của Convey thông báo rằng đã phục hồi thành công một đám rêu 1,500 tuổi khác được chôn vùi gần 1m dưới lớp băng vĩnh cửu ở Nam Cực.

“Môi trường băng vĩnh cửu này rất ổn định” Convey nói, nhấn mạnh rằng đất đóng băng lâu năm có thể cách ly rêu khỏi các ảnh hưởng ở mặt đất, như là các chu kì đóng băng hàng năm hoặc các bức xạ gây tổn hại tới DNA.

Quá trình mọc lại của loài rêu ngàn tuổi cho thấy rằng các sông băng hay băng vĩnh cửu không hẳn là một nghĩa địa cho những đời sống đa bào, mà thay vào đó có thể giúp chúng chịu đựng các kỉ băng hà. Đồng thời do ảnh hưởng của quá trình ấm lên toàn cầu, dần dần những sinh vật được giải thoát khỏi lớp băng đó sẵn sàng để thống trị hệ sinh thái ở các Cực.

Convey giải thích rằng khi băng tan chảy lộ bề mặt đất, cây dần dần xâm chiếm địa hình mới này “từ nơi khác”, thông qua các cơn gió đem theo các bào tử. Sự phát tán xa như vậy rất lâu và chậm, thường mất đến hàng thập kỷ.

Nhưng “một cái gì đó có thể sống sót tại chỗ” Convey nói về đống rêu mà đội nghiên cứu của ông tìm thấy “thì có thể tăng tốc độ xâm chiếm rất nhiều”. Những thảm rêu này có thể “tô màu” cho một vùng đất vô hồn thành màu xanh, tạo điều kiện cho các sinh vật khác có thể sống và phát triển.

Cho dù vậy, các loài rêu của La Farge và Convey chỉ là một trong số các đại diện về những loài sinh vật có thể tồn tại trong kỉ băng hà.

Tatiana Vishnivetskaya đã học về các vi khuẩn cổ đại đủ để cho thấy điều này rất bình thường. Vishnivetskaya, một nhà vi khuẩn học tại đại học Tenessee, khoan sâu vào trong những lớp băng vĩnh cửu ở Siberia để lập bản đồ mạng lưới các sinh vật đơn bào đã phát triển mạnh trong quá khứ.

Bà đã thức dậy các vi khuẩn hàng triệu năm tuổi trên một chiếc đĩa petri. “Chúng trông rất giống với vi khuẩn bạn có thể tìm thấy trong môi trường lạnh ngày nay” bà chia sẻ.

Nhưng năm ngoái, đội nghiên cứu của Vishnivetskaya đã thông báo một “phát hiện tình cờ” - một sinh vật với não bộ và hệ thống thần kinh - đã làm thay đổi hiểu biết của các nhà khoa học về sự chịu đựng bền bỉ.

Thông thường, các nhà nghiên cứu thường tìm các sinh vật đơn bào, dạng sống duy nhất được cho là có thể sống hàng thiên niên kỉ trong lớp băng vĩnh cửu. Họ đặt mẫu bị đóng băng lên đĩa petri trong nhiệt độ phòng và để ý thấy điều gì đó kì lạ.

Ngọ nguậy giữa đống vi khuẩn và amip là con giun dài, hoàn chỉnh với đầu và hậu môn - một loài tuyến trùng.

“Đương nhiên chúng tôi rất bất ngờ và hồ hởi”, Vishnivetskaya nói. Với chiều dài một nửa milimet, các tuyến trùng này là loài phức tạp nhất Vishnivetskaya - hay bất kì ai khác - đã thức dậy sau một cơn ngủ sâu.

Bà đã dự đoán một chú giun có độ tuổi 41,0000 năm - cho tới nay là động vật “già” nhất từng được phát hiện. Chính nó đã sống dưới lớp đất mà người Neanderthal đã sinh sống và đã gặp những con người hiện đại trong phòng thí nghiệm của Vishnivetskaya.

Các chuyên gia cho rằng các tuyến trùng này có đủ khả năng thích hợp để sống hàng nghìn năm trong băng vĩnh cửu.

“Loài giun này có thể sống sót được mọi thứ” Gaetan Borgonie nói, một nhà nghiên cứu tuyến trùng tại Extreme Life Isyensya tại Gentbrugge, Bỉ.

Ông nói rằng tuyến trùng có mặt khắp nơi trên môi trường sống đa dạng của Trái Đất. Borgonie đã tìm thấy một lượng lớn quần thể tuyến trùng hai dặm dưới bề mặt trái đất, trong các hầm mỏ ở Nam Phi với lượng oxy ít và nhiệt độ cao.

Khi điều kiện môi trường giảm, một số loài tuyến trùng có thể rơi vào trạng thái ngừng hoạt động gọi là giai đoạn kéo dài, mà trong đó quá trình nuôi dưỡng bị trì hoãn và phát triển một lớp phủ bảo vệ chúng khỏi điều kiện khắc nghiệt.

Vishnivetskaya không chắc rằng các tuyến trùng này đã vượt qua kỷ nguyên của giai đoạn kéo dài, nhưng bà đoán rằng chúng đã - theo lý thuyết - sống sót vô thời hạn nếu được đóng băng ổn định.

“Chúng có thể sống sót bao lâu cũng được với điều kiện tế bào nguyên vẹn” bà nói.

Borgonie đồng tình với điều này. Khi thừa nhận việc tìm ra những con giun thuộc thời đại Pleistocene là một bất ngờ lớn, ông nói rằng “nếu chúng có thể sống sót được 41,000 năm, tôi không biết được giới hạn của chúng là bao giờ nữa”

Ông xét về sức chịu đựng của nó trong một khung cảnh vũ trụ - “Điều này rất tốt đối với hệ mặt trời” - và cho rằng những chiến công sinh tồn này có thể báo hiệu sự sống trên các hành tinh khác.

Còn ở Trái Đất này, nhiều loài đang tiến dần về bờ vực tuyệt chủng vì quá trình nóng lên toàn cầu. Nhưng ở gần các Cực, một vài sinh vật đang cho thấy sự chịu đựng phi thường.

Trong hệ sinh thái, nhiều loại động vật - từ chim, bướm, tới linh dương đầu bò - sống sót bằng cách di chuyển khoảng cách rộng lớn và nguy hiểm để tìm môi trường sống thuận lợi. Nhiều khám phá gần đây cho thấy một chế độ di chú khác: thông qua thời gian.

Sau một giấc ngủ kéo dài ở hai Cực lạnh lẽo của Trái đất, vi khuẩn, rêu và các tuyến trùng đang thức dậy trong một kỷ nguyên địa chất mới. Đối với các “thiên tài sống sót” này, khí hậu và thời tiết vừa đủ để chúng “đâm chồi nảy lộc”.