Ngăn ngừa sự truyền nhiễm của vi khuẩn ra ngoài không gian, một nhiệm vụ quan trọng không kém việc khám phá vũ trụ

Đi cùng với nhiệm vụ khám phá không gian, một trong những công việc quan trọng nhất của NASA và các cơ quan vũ trụ khác phải làm là ngăn ngừa sự truyền nhiễm vi khuẩn đến bất kỳ dạng sự sống ngoài Trái Đất nào mà chúng ta từng tiếp cận, bằng cách đảm bảo rằng mọi loại vi khuẩn bên trong tàu vũ trụ không tạo ra bất kỳ nguy hiểm nào cho sự sống ngoài Trái Đất.

Chính vì lý do này mà các robot thám hiểm sao Hỏa không thể đi khắp mọi nơi trên hành tinh Đỏ, và tàu vũ trụ Juno sẽ phải tự hủy ở khoảng cách xa so với bất kỳ sự sống tiềm năng nào trên vệ tinh Europa.

“Nếu chúng ta gửi sinh khối có thể phát triển tới sao Hỏa, chúng ta phải đảm bảo rằng những loại vi khuẩn sinh sống trong đất không lây lan và chiếm lấy môi trường tại đây”, nhà nghiên cứu vi sinh học David J. Smith từ Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA cho biết.

Hiện nay, một nghiên cứu do Smith dẫn đầu đã đánh giá về khả năng sống sót của các vi khuẩn khi được đưa qua tầng bình lưu của khí quyển, và trong khi những khả năng này không phải tất yếu, nhưng mối lo về việc vi khuẩn Trái Đất có thể tồn tại trong môi trường vũ trụ chắc chắn là vấn đề không thể xem thường.

Để mô phỏng lại môi trường cực lạnh và khô của sao Hỏa, nhóm nghiên cứu đã đưa các mẫu của một loại vi khuẩn Bacillus pumilus đặc biệt có tên gọi SAFR-032 lên độ cao 31 km, trên một khinh khí cầu nghiên cứu khoa học.

Khoảng 40 triệu mẫu vi khuẩn được đựng trong các hộp đặc biệt trên khinh khí cầu E-MIST của NASA, được đưa vào tầng bình lưu của khí quyển để xem SAFR-032 có cơ hội tồn tại trên môi trường sao Hỏa mà không có sự bảo vệ của khí quyển hay không.

Ngoài các điều kiện thời tiết cực đoan của tầng bình lưu, ở độ cao này, các dạng sự sống còn phải đối mặt với bức xạ vũ trụ khốc liệt, đây cũng được chứng minh là yếu tố gây hại nhất đến SAFR-032.

Sau 8 giờ phải tiếp xúc với tia cực tím của Mặt trời ở độ cao 31 km (tương đương với số lượng tia UV mà bạn muốn có trên sao Hỏa) thì đại đa số vi khuẩn đã bị “xóa sổ”.

“Khi chúng tôi đưa các mẫu vật trở về phòng thí nghiệm vài tuần sau đó, chúng tôi thấy rằng gần như toàn bộ chúng đã bị tiêu diệt”, Smith nói. “99.9% số vi khuẩn bên trong hộp đã bị tiêu diệt.”

Đối với nhiệm vụ bảo vệ an toàn cho sao Hỏa trong tương lai, hoặc biết rằng những lần hạ cánh trước của các robot và tàu vũ trụ không gây nguy hiểm cho sự sống tiềm năng ngoài không gian, thì đây được coi là một chiến thắng.

“Kết quả của chúng tôi dự đoán rằng hầu hết các loại vi khuẩn ở Trái Đất sẽ bị ngưng hoạt động trong ngày đầu tiên trên sao Hỏa nếu bề mặt có chứa vi khuẩn đón trực tiếp ánh năng mặt trời”, Smith nói. “Vì vậy hãy để những robot thám hiểm sao Hỏa tắm nắng và giúp giữ sao Hỏa nguyên sơ.”

Mặc dù tia UV có thể tiêu diệt hầu hết vi khuẩn, nhưng nó không thể tiêu diệt tất cả. Trong số 40 triệu bào tử vi khuẩn được đưa vào tầng bình lưu, có 267 vi khuẩn sống sót. SAFR-032 có khả năng đi vào trạng thái tự bảo vệ, chúng “ngủ đông” khi gặp phải những môi trường có điều kiện khắc nghiệt với thể chất, và 267 con vi khuẩn này đã tỉnh lại từ trạng thái ngủ đông sau khi “đi du lịch” đến tầng bình lưu.

Trong một số khía cạnh, điều này hoàn toàn không đáng ngạc nhiên, bởi SAFR-032 được cho là loại vi khuẩn có khả năng chống chịu cao với tia UV, chúng có thể sống sót trong không gian (ít nhất là trong bóng mát) trong một thời gian dài, lên đến 18 tháng trong một thí nghiệm bên ngoài Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS).

Mặc dù thí nghiệm với E-MIST nhằm mục đích kiểm tra sự phơi nhiễm của vi khuẩn dưới ánh nắng Mặt trời cho kết quả tích cực, nhưng ngay trên các robot thám hiểm không gian vẫn có những khe hở, vết lõm... những nơi có thể giúp vi khuẩn tránh được tia UV.

“Những tàu vũ trụ và robot không được thiết kế để tiêu diệt vi khuẩn”, nhà nghiên cứu sinh học không gian John Rummel từ Viện SETI, người không tham gia vào nghiên cứu, nói với báo chí.

Những thử nghiệm trên các bề mặt và cấu trúc gần giống với tàu vũ trụ hay robot thám hiểm sẽ đem đến những ước lượng chính xác hơn về tỷ lệ sống sót của vi khuẩn trong không gian (mặc dù chúng không phải là loại mẫu vật dễ đếm).

Nhưng phần đáng chú ý nhất của nghiên cứu là việc các vi khuẩn đã “trở về” từ tầng bình lưu đã cho thấy một số thay đổi nhỏ trong DNA khi chúng được so sánh với những người anh em ở mặt đất.

Còn quá sớm để nói rằng những thay đổi này đã diễn ra như thế nào, hoặc liệu chúng có ảnh hưởng đến sự biến đổi gen hay không? Nhưng các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng có thứ gì đó ảnh hưởng đến sự tồn tại của chúng trong tầng bình lưu (một nơi khá giống sao Hỏa).

Nghiên cứu trước đây đã cho thấy các mẫu SAFR-032 tồn tại được bên ngoài ISS cũng trải qua sự thay đổi gen, và các thế hệ sau của vi khuẩn ngày càng chống chịu tia UV tốt hơn.

“Điều này thật sự thú vị”, Smith nói. “Sự tồn tại của vi khuẩn bên ngoài ISS giống như thử nghiệm về mức độ kháng thuốc của vi khuẩn với thuốc kháng sinh vậy.”

Tham khảo Sciencealert

Tìm ra phương pháp khiến vi khuẩn lú lẫn rồi tự sát, giải pháp hiệu quả ngăn ngừa đại khủng hoảng kháng kháng sinh

Nguyễn Tuấn Tài