Từ những năm 1970, khi Hành trình thăm dò các hình ảnh chụp bề mặt băng giá Europa Europa, các nhà khoa học đã nghi ngờ rằng sự sống có thể tồn tại trong các đại dương bên trong các mặt trăng trong Hệ Mặt trời bên ngoài. Kể từ đó, các bằng chứng khác đã xuất hiện đã củng cố lý thuyết này, từ các băng giá trên Europa và Enceladus, các mô hình bên trong của hoạt động thủy nhiệt và thậm chí là phát hiện đột phá về các phân tử hữu cơ phức tạp trong các chuỗi của Enceladus.
Tuy nhiên, tại một số địa điểm trong Hệ Mặt trời bên ngoài, điều kiện rất lạnh và nước chỉ có thể tồn tại ở dạng lỏng vì có chứa hóa chất chống đông độc hại. Tuy nhiên, theo một nghiên cứu mới của một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế, có khả năng vi khuẩn có thể tồn tại trong những môi trường khắc nghiệt này. Đây là tin tốt cho những người hy vọng tìm thấy bằng chứng về sự sống trong môi trường khắc nghiệt của Hệ Mặt trời.
Nghiên cứu mô tả chi tiết phát hiện của họ, có tiêu đề Khả năng sống sót của vi khuẩn tăng cường trong Subzero Brines, gần đây đã xuất hiện trên tạp chí khoa học Sinh vật học. Nghiên cứu được thực hiện bởi Jacob Heinz từ Trung tâm Thiên văn học và Vật lý thiên văn tại Đại học Kỹ thuật Berlin (TUB), và bao gồm các thành viên từ Đại học Tufts, Đại học Hoàng gia Luân Đôn và Đại học Bang Washington.
Về cơ bản, trên các cơ thể như Ceres, Callisto, Triton và Sao Diêm Vương - cách xa Mặt trời hoặc không có cơ chế sưởi ấm bên trong - các đại dương bên trong được cho là tồn tại do có một số hóa chất và muối (như amoniac). Các hợp chất chống đông cứng này đảm bảo rằng các đại dương của chúng có điểm đóng băng thấp hơn, nhưng tạo ra một môi trường quá lạnh và độc hại với cuộc sống như chúng ta biết.
Vì lợi ích của nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã tìm cách xác định xem vi khuẩn có thực sự tồn tại trong những môi trường này hay không bằng cách tiến hành các thử nghiệm với Planococcus halocryophilus, một loại vi khuẩn được tìm thấy trong băng vĩnh cửu Bắc Cực. Sau đó, họ đã cho vi khuẩn này vào các dung dịch natri, magiê và canxi clorua cũng như perchlorate, một hợp chất hóa học được tìm thấy bởi tàu đổ bộ Phoenix trên sao Hỏa.
Sau đó, họ chịu các giải pháp cho nhiệt độ từ + 25 ° C đến -30 ° C qua nhiều chu kỳ đóng băng và tan băng. Những gì họ tìm thấy là tỷ lệ sống sót của vi khuẩn phụ thuộc vào dung dịch và nhiệt độ liên quan. Ví dụ, vi khuẩn lơ lửng trong các mẫu chứa clorua (nước muối) có cơ hội sống sót cao hơn so với các mẫu có chứa perchlorate - mặc dù tỷ lệ sống tăng lên khi nhiệt độ càng giảm.
Chẳng hạn, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng vi khuẩn trong dung dịch natri clorua (NaCl) đã chết trong vòng hai tuần ở nhiệt độ phòng. Nhưng khi nhiệt độ hạ xuống 4 ° C (39 ° F), khả năng sống sót bắt đầu tăng lên và hầu như tất cả các vi khuẩn sống sót sau thời gian nhiệt độ đạt đến -15 ° C (5 ° F). Trong khi đó, vi khuẩn trong dung dịch magiê và canxi-clorua có tỷ lệ sống sót cao ở mức 30 ° C (-22 ° F).
Kết quả cũng thay đổi đối với ba dung môi muối tùy thuộc vào nhiệt độ. Vi khuẩn trong canxi clorua (CaCl2) có tỷ lệ sống thấp hơn đáng kể so với natri clorua (NaCl) và magiê clorua (MgCl2) trong khoảng từ 4 đến 25 ° C (39 và 77 ° F), nhưng nhiệt độ thấp hơn giúp tăng tỷ lệ sống ở cả ba. Tỷ lệ sống trong dung dịch perchlorate thấp hơn nhiều so với các giải pháp khác.
Tuy nhiên, điều này nói chung là trong các giải pháp mà perchlorate chiếm 50% khối lượng của tổng dung dịch (cần thiết để nước duy trì chất lỏng ở nhiệt độ thấp hơn), sẽ độc hại đáng kể. Ở nồng độ 10%, vi khuẩn vẫn có thể phát triển. Đây là tin tức tốt cho sao Hỏa, nơi đất chứa ít hơn một phần trăm trọng lượng của perchlorate.
Tuy nhiên, Heinz cũng chỉ ra rằng nồng độ muối trong đất khác với nồng độ trong dung dịch. Tuy nhiên, đây vẫn có thể là tin tốt khi sao Hỏa quan tâm, vì nhiệt độ và lượng mưa rất giống với các phần của Trái đất - Sa mạc Atacama và một phần của Nam Cực. Việc vi khuẩn có thể sống sót trong những môi trường như vậy trên Trái đất cho thấy chúng cũng có thể sống sót trên Sao Hỏa.
Nhìn chung, nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ lạnh hơn làm tăng khả năng sống sót của vi sinh vật, nhưng điều này phụ thuộc vào loại vi khuẩn và thành phần của dung dịch hóa học. Như Heinz nói với Tạp chí Astrobiology:
Các phản ứng của [A] sẽ, bao gồm cả những phản ứng tiêu diệt tế bào, chậm hơn ở nhiệt độ thấp hơn, nhưng khả năng sống sót của vi khuẩn đã không tăng nhiều ở nhiệt độ thấp hơn trong dung dịch perchlorate, trong khi đó nhiệt độ thấp hơn trong dung dịch canxi clorua mang lại sự gia tăng rõ rệt về khả năng sống sót.
Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng vi khuẩn đã làm tốt hơn trong các dung dịch muối khi đi vào chu kỳ đóng băng và tan băng. Cuối cùng, kết quả chỉ ra rằng khả năng sống sót đều giảm xuống mức cân bằng cẩn thận. Trong khi nồng độ muối hóa học thấp hơn có nghĩa là vi khuẩn có thể tồn tại và thậm chí phát triển, nhiệt độ mà nước sẽ ở trạng thái lỏng sẽ giảm. Nó cũng chỉ ra rằng các giải pháp mặn cải thiện tỷ lệ sống sót của vi khuẩn khi nói đến chu kỳ đóng băng và tan băng.
Tất nhiên, nhóm nghiên cứu nhấn mạnh rằng chỉ vì vi khuẩn có thể tồn tại trong một số điều kiện nhất định không có nghĩa là chúng sẽ phát triển mạnh ở đó. Như Theresa Fisher, một sinh viên tiến sĩ tại Trường khám phá Trái đất và Không gian của Đại học bang Arizona và là đồng tác giả của nghiên cứu, đã giải thích:
Sống sót so với tăng trưởng là một sự khác biệt thực sự quan trọng, nhưng cuộc sống vẫn làm chúng ta ngạc nhiên. Một số vi khuẩn không chỉ có thể tồn tại ở nhiệt độ thấp mà còn yêu cầu chúng chuyển hóa và phát triển mạnh. Chúng ta nên cố gắng không thiên vị khi giả định những gì cần thiết cho một sinh vật phát triển, chứ không chỉ tồn tại.
Do đó, Heinz và các đồng nghiệp hiện đang nghiên cứu một nghiên cứu khác để xác định mức độ khác nhau của muối trong các nhiệt độ khác nhau ảnh hưởng đến sự lan truyền của vi khuẩn. Trong khi đó, nghiên cứu này và các nghiên cứu khác giống như nó có thể cung cấp một số hiểu biết độc đáo về các khả năng cho sự sống ngoài trái đất bằng cách đặt các ràng buộc vào các loại điều kiện mà chúng có thể tồn tại và phát triển.
Những nghiên cứu này cũng cho phép giúp đỡ khi tìm kiếm sự sống ngoài trái đất, vì việc biết nơi sự sống có thể tồn tại cho phép chúng ta tập trung nỗ lực tìm kiếm. Trong những năm tới, các sứ mệnh tới Europa, Enceladus, Titan và các địa điểm khác trong Hệ Mặt Trời sẽ tìm kiếm các sinh trắc học cho thấy sự hiện diện của sự sống trên hoặc trong các cơ thể này. Biết rằng cuộc sống có thể tồn tại trong môi trường lạnh lẽo, lạnh lùng mở ra những khả năng bổ sung.
