Đây là chìa khóa sẽ giúp chúng ta xây dựng căn cứ trên sao Hỏa

Cách đây khoảng 3,5 tỷ năm, một loại vi khuẩn đặc biệt mang tên vi khuẩn lam xuất hiện trên Trái Đất. Chúng đã xâm chiếm và mở đầu một giai đoạn sôi động của sự sống trên hành tinh chúng ta. Ngày nay, chính các vi khuẩn lam cổ xưa này lại một lần nữa có thể trở thành chìa khóa cho việc xây dựng một hệ sinh thái trên sao Hỏa.

Vi khuẩn lam có thể là chìa khóa cho sự sống trên sao Hỏa

Vi khuẩn lam (Cyanobacteria) là một ngành vi khuẩn có khả năng quang hợp. Chúng có thể được tìm thấy gần như trong mọi môi trường sống trên đất liền và trong môi trường nước - như trong các đại dương, môi trường nước ngọt, đất hay đá ẩm thấp vĩnh cửu thậm chí kể cả các loại đá tại châu Nam Cực.

Như chúng ta đều biết, bề mặt sao Hỏa là một môi trường thực sự khắc nghiệt. Sẽ là hoang tưởng nếu một ai đó nói rằng tại sao chúng ta không mang cây và trồng lên đó. Tuy nhiên, một ý tưởng khả thi hơn sẽ đến với những vi khuẩn lam, chúng có khả năng chịu được sự khắc nghiệt này, mở đường cho một hệ sinh thái đa dạng sau này gồm có thực vật, động vật và thậm chí con người.

Lynn Rothschild, một nhà sinh vật học đến từ Viện nghiên cứu Ames của NASA gần đây công bố một công trình khoa học. Cô cho rằng các nhà máy sản xuất oxy tí hon này có thể sẽ là nơi sản xuất nhiều nguồn lực cần thiết cho sự sống, ví dụ như thức ăn, oxy, các kim loại và cả dược phẩm. Có rất nhiều kịch bản đã được xây dựng cho việc vi khuẩn lam xâm chiếm hành tinh đỏ.

Tổng hợp các nguyên tố thiết yếu

Trong những bộ phim viễn tưởng, chúng ta có thể thấy những cánh đồng lúa mì được thu hoạch dưới bầu trời sao Hỏa, những luống khoai tây được trồng bên trong một nhà kính kiểm soát khí hậu. Tuy nhiên, trong thực tế, trồng cây trên sao Hỏa là một thách thức cực kì lớn. Hành tinh này thiếu đi những nguyên tố nguyên tố chính hỗ trợ sự sống.

Môi trường khô cằn ở sao Hỏa đang thiếu những nguyên tố thiết yếu cho sự sống

Trước hết là Nitơ. Khí quyển của sao Hỏa không thiếu Nitơ, tuy nhiên, thực vật thì lại cần các hợp chất của Nitơ trong đất: amonic và các muối nitrat. Điều này cũng đã từng xảy ra tương tự trên Trái Đất. Và rồi vi khuẩn lam xuất hiện. Chúng mang trong mình một số enzym chuyên biệt có thể tổng hợp Nitơ trong không khí thành amoniac.

Các vi khuẩn lam cộng sinh với thực vật và bám và rễ cây, chúng cung cấp cho cây chất dinh dưỡng và đổi lấy đường. Các nhà khoa học nói rằng quá trình này có thể được triển khai trên sao Hỏa. Vi khuẩn lam có thể biến khí Nitơ của sao Hỏa thành phân bón.

Bên cạnh Nitơ, phía sau của sự sống còn một loạt danh sách các chất dinh dưỡng khác như phốtpho, magiê, kali, canxi, kẽm, sắt... Hầu hết các chất này có thể được tìm thấy trên bề mặt các loại đá trên sao Hỏa. Vấn đề là chuyển hóa chúng thành các chất dinh dưỡng hỗ trợ sự sống. Vi khuẩn lam lại một lần nữa được lựa chọn cho quá trình này. Chúng đã làm điều tương tự để xâm nhập vào bề mặt cằn cỗi của Trái Đất thuở sơ khai.

Những vi khuẩn màu xanh, chúng thực sự là những nhà máy sản xuất chất dinh dưỡng. Các nhà khoa học nói rằng chúng ta có thể khiến chúng tiến hóa hơn nữa để trích xuất kim loại từ đá. Vi khuẩn lam đã từng được sử dụng trong các quá trình khai thác đồng và vàng trên Trái Đất. Nếu trong tương lai các liệu pháp biến đổi gen của chúng thành công, đá sao Hỏa cũng có thể biến thành bạch kim nhờ vi khuẩn lam.

Nguồn thực phẩm

Giả sử một kịch bản con người định cư trên sao Hỏa, sẽ là điên rồ nếu cứ chở thực phẩm lên từ Trái Đất. Nguồn kinh phí đắt đỏ cho tên lửa và những chuyến bay lại được chi cho việc chở rau quả và thịt lợn. Để có thể có một thuộc địa bền vững, thực phẩm phải được sản xuất ngay trên sao Hỏa.

Vi khuẩn lam có thể trở thành thực phẩm

Gần đây, chúng ta đã có một bước tiến lớn khi các nhà khoa học thành công trong việc trồng và thu hoạch những khóm rau diếp đầu tiên trên Trạm vũ trụ quốc tế ISS. Trong trường hợp sao Hỏa, sẽ là khả thi hơn khi trồng vi khuẩn lam để ăn.

Sao Hỏa chỉ nhận được khoảng 44% lượng ánh sáng mặt trời so với Trái Đất. Thực vật sẽ rất khó khăn để sinh trưởng trong điều kiện này. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng vi khuẩn lam chuyển hóa ánh sáng mặt trời tốt hơn thực vật rất nhiều. Nó có tỷ lệ chuyển hóa photon thành calo lớn. Hơn nữa, vi khuẩn lam có một tốc độ sinh sôi và tăng trưởng nhanh đến không tưởng nếu so sánh với rau xanh.

Nếu cho rằng ăn vi khuẩn thì thật là kì lạ, bạn nên xem lại những thực phẩm chức năng đã mua.Vi khuẩn lam chính là một thành phần phổ biến trong các loại thực phẩm bổ sung mà chúng ta dùng hàng ngày. Spirulina, chất bột màu xanh làm mưa làm gió trong các nhà thuốc là một vi khuẩn lam thuộc chi Arthrospira.

Arthrospira có hàm lượng protein cao và là một nguồn dinh dưỡng gần như hoàn hảo. Nó chỉ thiếu Vitamin C và một số tinh dầu nhất định. Tuy nhiên, như đã nói, một liệu pháp biến đổi gen có thể giải quyết vấn đề này. Bên cạnh đó là những gia vị tổng hợp có thể khiến người dân sao Hỏa cảm nhận chúng chẳng khác nào miếng thịt gà ở Trái Đất.

Một hệ thống sản xuất khí thở

Lượng oxy trong khí quyển sao Hỏa vào khoảng 0,13%. Trên Trái Đất, chúng ta có tới 20% khí quyển là oxy. Rõ ràng, sao Hỏa có một điều kiện kém hơn Trái Đất rất nhiều.

Thiết kế một hệ thống sản xuất khí thở trên sao Hỏa

Trên Trái Đất, chúng ta sở hữu một thứ chẳng khác nào phép màu: phản ứng quang hợp. Đó là con đường sinh hóa tuyệt vời tận dụng năng lượng mặt trời để tạo ra đường, và sản phẩm thải ra của quá trình lại chính là oxy. Nếu quang hợp là một phép màu, vi khuẩn lam có thể là cây đũa thần của sao Hỏa. Như đã nói, chúng chuyển đổi năng lượng mặt trời hiệu quả hơn cả thực vật.

Rothschild nói rằng “Vi khuẩn lam sản xuất oxy rất hiệu quả. Trong khi thực vật chỉ có thể sản sinh ra 2,5-11 tấn oxy mỗi năm trên một ha, những vi khuẩn lam được nuôi công nghiệp tại Nam California có thể sản xuất tới 16,8 tấn.” Trong một hệ thống sinh trưởng tối ưu hóa về nhiệt độ, chất dinh dưỡng, mật độ và chiếu sáng vi khuẩn lam còn có thể làm nhiều hơn nữa.

Các nhà khoa học đã từng thiết kế rất nhiều mô hình của vòng tròn sinh học cho cuộc sống trên sao Hỏa. Đó là một hệ thống được điều khiển thu khí CO₂ mà con người thở ra để cung cấp lại cho lò phản ứng thực vật. Chúng sẽ nhả lại oxy cung cấp cho con người. Một lý thuyết dễ hiểu và vi khuẩn lam có thể trở thành chìa khóa cho vòng tròn sinh học này thay cho thực vật.

Sản xuất nhiên liệu

Không chỉ có thể trở thành nguồn thực phẩm cho con người, vi khuẩn lam còn có thể được sử dụng để sản xuất nhiên liệu cho xe tự hành và tên lửa. Quả là một hướng phát triển tuyệt vời. Bên cạnh chuyển hóa và sản xuất amoniac, các enzyme trong vi khuẩn lam còn có thể sản xuất H₂ mà có thể trở thành nhiên liệu cho tên lửa. Đã có những ghi nhận về quá trình này xảy ra khi enzyme nhầm lẫn khí N₂ và H₂. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu còn phải làm việc rất nhiều với vấn đề hiệu suất.

Trong tương lai chúng ta sẽ có xe tự hành chạy bằng vi khuẩn

Tạm quên khí H₂ và nhiên liệu tên lửa sang một bên, có một thứ chắc chắn hơn, vi khuẩn lam có khả năng cung cấp nhiên liệu cho xe tự hành. Chúng sản xuất ra một loại dầu mà có thể thu hồi và chế biến thành nhiên liệu sinh học. Nhiên liệu này có thể trở thành nguồn năng lượng thân thiện so với môi trường thay thế cho dầu diesel ngày nay.

Và ngay cả khi không muốn sử dụng trực tiếp vi khuẩn lam để làm dầu sinh học, nó cũng có thể được sử dụng để làm nguyên liệu cho nấm men sản xuất ethanol, một nhiên liệu quen thuộc. Như vậy, bằng cách này hay cách khác, có lẽ chúng ta sẽ sớm có những xe tự hành chạy bằng vi khuẩn.

Nguồn nguyên liệu cho thuốc men

Bây giờ, giả sử chúng ta đã hình thành được một quần thể nhỏ lên sao Hỏa, còn rất nhiều thứ thiết yếu có thể sử dụng đến vi khuẩn: các vật liệu tổng hợp, thực phẩm chức năng, thuốc men... Nhìn lướt qua ngành công nghiệp sinh học trên Trái Đất, rõ ràng bạn sẽ có câu trả lời.

Con người ngày nay đã có thể sử dụng các liệu pháp gen để biến E.coli thành đủ thứ, từ mỹ phẩm cho đến thuốc kháng sinh hay thuốc chống ung thư. Một số nhà nghiên cứu cho rằng quá trình tương tự cũng sẽ trở nên khả thi khi sử dụng vi khuẩn lam. Chúng ta sẽ có nhựa sinh học, thuốc men và vật liệu xây dựng từ vi khuẩn lam. Rothchild nói rằng rõ ràng chúng có thể làm được nhiều điều hơn là một ly sinh tố.

Chúng ta vẫn sẽ trồng cây

Có thể bạn sẽ nghĩ rằng cuộc sống trên sao Hỏa bị bao vây bởi vi khuẩn lam, điều đó thật tẻ nhạt. Đừng quá bi quan như vậy, các nhà khoa học vẫn sẽ mang theo thực vật. Vi khuẩn lam sẽ làm nhiệm vụ xâm chiếm hành tinh đỏ, không có nghĩa là chúng ta để thực vật lại Trái Đất.

Khu vườn không gian trong bộ phim Sunshine

Những nghiên cứu khoa học nói rằng cây xanh thậm chí mang một lợi ích tâm lý đối với cuộc sống của con người, điều mà không một cỗ máy hay vi khuẩn có thể làm được. Hãy thử nghĩ xem trong nhà bạn đặt một chậu hoa nhựa hay hoa tươi, điều gì khiến tâm lý của bạn tốt hơn. Bên cạnh đó, rau xanh cũng vẫn có thể trở thành nguồn thực phẩm cho con người trên sao Hỏa. Vấn đề là chúng ta có thể giữ chúng sống hay không.

Nói tóm lại, để nghĩ đến chuyện biến sao Hỏa thành một thuộc địa của loài người, chúng ta cần những người tiên phong. Trong khi đưa con người lên sao Hỏa đã trở thành một điều đơn giản với công nghệ hiện nay, duy trì sự sống bền vững cho họ còn là một thách thức lớn. Câu trả lời có thể bắt đầu từ những vi khuẩn lam nhỏ bé và cổ xưa. Chúng đã tự chứng tỏ mình là một chuyên gia “xâm lược” hành tinh, gieo mầm cho sự sống trong những điều kiện khắc nghiệt của Trái Đất. Và sau 3,5 tỷ năm, có lẽ chúng ta nên dành cho vi khuẩn lam một thách thức xứng đáng hơn: chiếm lấy sao Hỏa.

Tham khảo: Gizmodo

NASA tìm thấy nước ở dạng lỏng trên Sao Hỏa, hứa hẹn cho dấu hiệu của sự sống