Một công ty nghiên cứu công nghệ sinh học phi lợi nhuận cho biết vi sinh vật mới được biến đổi gene có thể giúp con người xây dựng môi trường sống trên Sao Hỏa trong tương lai.
“Trên Sao Hỏa, thiên nhiên sẽ thực hiện những công việc tương tự như trên Trái đất: tạo ra đất màu mỡ, nơi trú ẩn, oxy và thực phẩm,” Erika DeBenedictis, giám đốc điều hành Pioneer Labs, nói với Space.com.
Kể từ năm 1960, loài người đã thực hiện gần 50 sứ mệnh tới Sao Hỏa, tất cả đều sử dụng tàu hoặc thiết bị robot. Các sứ mệnh này là bước chuẩn bị cho những chuyến bay có người lái tới Hành tinh Đỏ, mục tiêu vẫn được các cơ quan vũ trụ quốc gia và doanh nghiệp tư nhân theo đuổi.
Để duy trì sự hiện diện lâu dài trên Sao Hỏa, các phi hành gia cần hạn chế phụ thuộc vào nguồn tiếp tế liên tục từ Trái đất. Thay vào đó, họ sẽ phải tận dụng tài nguyên tại chỗ để tạo ra không khí, thực phẩm, nước, vật liệu xây dựng và những nhu yếu phẩm khác. Một mục tiêu tham vọng hơn là cải tạo Sao Hỏa, biến hành tinh lạnh giá, khô cằn này thành môi trường có thể hỗ trợ sự sống như trên Trái đất.
Các nhà nghiên cứu tại Pioneer Labs, có trụ sở ở Emeryville, bang California, Mỹ, đã phát triển một loại vi sinh vật mà họ cho rằng có thể trở thành bước khởi đầu an toàn cho nỗ lực cải tạo hành tinh này.
Một trở ngại lớn là bề mặt Sao Hỏa về cơ bản có độc tính đối với nhiều dạng sống trên Trái đất. Đất Sao Hỏa chứa nhiều nguyên liệu có tiềm năng hỗ trợ sự sống, nhưng đồng thời có các chất độc như perchlorate và những loại muối gây khó khăn cho sự phát triển của phần lớn sinh vật.
Các phương án trước đây nhằm trồng cây trên Sao Hỏa gồm rửa đất để loại bỏ chất độc, vận chuyển phân bón từ Trái đất hoặc hoàn toàn không sử dụng đất Sao Hỏa mà chuyển sang phương pháp thủy canh. Tuy nhiên, Pioneer Labs cho rằng những cách này khó triển khai trên quy mô lớn do tốn thời gian và chi phí.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một vi sinh vật mang tên sPL.001, có khả năng sống trong môi trường mô phỏng đất, nước và không khí Sao Hỏa với thành phần hóa học được tái tạo sát với điều kiện thực tế. Vi sinh vật này có thể phát triển mà không cần loại bỏ chất độc khỏi đất hoặc bổ sung phân bón.
Ngoài ra, nó có thể tạo ra nhựa sinh học – nhóm vật liệu đang được sử dụng trên Trái đất để sản xuất nhiều sản phẩm, từ chiếc ly có thể phân hủy sinh học đến sợi nhựa dùng trong in 3D. Theo các nhà nghiên cứu, vật liệu này có thể phục vụ việc xây dựng nơi ở trên Sao Hỏa.
“Sao Hỏa có rất nhiều nguyên liệu thô cần thiết cho sự sống. Sinh vật có thể phát triển hoàn toàn nhờ các chất dinh dưỡng có trong đất đá Sao Hỏa chưa qua xử lý. Điều đó khác biệt với Mặt Trăng, nơi đất đá không chứa các chất dinh dưỡng tương tự,” DeBenedictis nói.
Trong một nghiên cứu mới, nhóm khoa học mô tả cách họ biến đổi các vi sinh vật trên Trái đất vốn có khả năng sản xuất nhựa sinh học. Các nhà nghiên cứu từng bước cho chúng tiếp xúc với những điều kiện ngày càng giống môi trường Sao Hỏa, qua đó giúp chúng thích nghi dần.
“Ban đầu, chúng tôi không biết liệu cách làm này có hiệu quả hay không. Lần đầu thử nuôi vi sinh vật trên Trái đất trong điều kiện mô phỏng Sao Hỏa, không loại nào phát triển được. Chúng tôi phải tiếp tục thử nghiệm với nhiều sinh vật khác trước khi nhận ra lần thử đầu tiên chỉ là do không gặp may,” DeBenedictis cho biết.
Cuối cùng, các nhà khoa học đã tạo ra những vi sinh vật có khả năng chịu được các chất độc thường có trong đất Sao Hỏa.
“Thật tuyệt khi thấy những vi sinh vật này bắt đầu phát triển tốt hơn nhờ các chất dinh dưỡng mô phỏng Sao Hỏa. Sự sống luôn tìm được cách tồn tại,” bà nói.
Để sống sót, vi sinh vật mới cần được nuôi trong một lò phản ứng sinh học có hệ thống khuấy và gia nhiệt. Thiết bị này giúp bảo vệ chúng trước nhiệt độ khắc nghiệt, bức xạ và bầu khí quyển rất loãng của Sao Hỏa.
Vi sinh vật cũng cần được cung cấp một dạng không khí đã qua xử lý, trong đó có chất dinh dưỡng cần thiết chứa nitơ ở dạng acetate. Không khí tự nhiên trên Sao Hỏa có nồng độ nitơ quá thấp để vi sinh vật sử dụng. Ngoài ra, sinh vật này không có khả năng quang hợp nên không thể tự tạo thức ăn.
Trong một nghiên cứu khác, nhóm tác giả cho rằng chính những hạn chế này sẽ khiến vi sinh vật không thể sống sót nếu vô tình thoát ra môi trường bên ngoài trên Sao Hỏa. Biện pháp này nhằm giảm nguy cơ sinh vật biến đổi gene phát tán và trở thành loài xâm lấn, đặc biệt trong trường hợp Sao Hỏa từng hình thành sự sống riêng, hiện có thể còn tồn tại trong các tầng nước ngầm hoặc bên trong những tinh thể muối cổ đại.
Samuel McKee, nhà khoa học nghiên cứu cơ chế sửa chữa ADN tại Đại học Reading ở Anh và là người không tham gia nghiên cứu, cho rằng lập luận này có cơ sở.
“Nhiều vi sinh vật trên Trái đất, dù đã thích nghi hoặc được chỉnh sửa gene, vẫn không thể tồn tại bên ngoài môi trường được kiểm soát nếu thiếu nguồn thức ăn nhất định,” McKee nói với Space.com.
Tuy nhiên, DeBenedictis thừa nhận hạn chế lớn nhất của nghiên cứu là môi trường Sao Hỏa mô phỏng không hoàn toàn giống hành tinh thật.
“Chúng tôi đã cố gắng tái tạo chính xác nhất có thể thành phần hóa học liên quan của đất đá Sao Hỏa, dựa trên dữ liệu chất lượng cao từ các xe tự hành tại nhiều địa điểm trên hành tinh. Nhưng cuối cùng, thử nghiệm thực sự phải được tiến hành với đất đá lấy trực tiếp từ Sao Hỏa,” bà nói.
Theo McKee, hướng nghiên cứu này còn có thể mang lại lợi ích ngoài lĩnh vực thám hiểm Sao Hỏa.
“Tôi hào hứng với khả năng những hướng nghiên cứu này giúp chúng ta ứng phó với biến đổi khí hậu trên Trái đất hoặc xây dựng môi trường sống trong điều kiện khắc nghiệt. Nhờ chỉnh sửa gene, vi sinh vật có thể được sử dụng để tạo ra nhiều loại vật liệu và đáp ứng nhiều nhu cầu của con người,” ông nói.
Một số nhà khoa học cho rằng vi sinh vật được thiết kế đặc biệt có thể giúp con người tạo chỗ đứng trên Sao Hỏa, hành tinh lạnh giá và khô cằn. Ảnh: NASA
Ảnh minh họa của SpaceX về một khu định cư của con người trên Sao Hỏa, được kỳ vọng sẽ trở thành hiện thực nhờ tên lửa siêu lớn Starship của công ty. Ảnh: SpaceX
