Nhà địa chất Rowan Martindale đang đi bộ trên sườn đồi ở Morocco thì phát hiện ra một điều bất thường. Một phiến đá trầm tích được bao phủ bởi một lớp bề mặt nhăn nheo trông giống hệt da voi. Hoa văn này quá bất ngờ đến nỗi nó lập tức gây chú ý.

"Tôi nhìn vào những nếp nhăn và tự hỏi, 'Những nếp nhăn này không nên xuất hiện trên đá. Chuyện quái gì đang xảy ra vậy?'" Martindale, phó giáo sư tại Trường Khoa học Địa chất Jackson thuộc Đại học Texas tại Austin, cho biết.

Các cấu trúc đá có thể tiết lộ các quá trình đã định hình chúng qua hàng triệu năm. Đối với Martindale, bề mặt nhăn nheo trông giống hệt như thảm vi sinh vật hóa thạch. Những cấu trúc này hình thành khi các quần thể vi sinh vật phát triển trên trầm tích, để lại những hoa văn đặc trưng. Trong trường hợp này, các cấu trúc dường như bảo tồn một lớp dày đặc sự sống của vi sinh vật đã tồn tại hơn 180 triệu năm trước, vào đầu kỷ Jura.

Martindale nhận ra mô hình này ngay lập tức. Trong thời gian học cao học, bà đã nghiên cứu các cấu trúc tương tự thông qua ảnh và mẫu vật do một người bạn cùng phòng thí nghiệm chia sẻ, người này chuyên nghiên cứu về hóa thạch vi sinh vật từ kỷ Tam Điệp sớm.

Một câu đố đặt sai chỗ

Có một vấn đề lớn. Bối cảnh không khớp với những gì các nhà khoa học dự đoán.

Lớp đá nơi hình thành các nếp nhăn có nguồn gốc từ vùng nước sâu dưới đại dương, gần 200 mét (600 feet) bên dưới mặt nước. Tuy nhiên, các nhà khoa học từ lâu đã tin rằng những cấu trúc nếp nhăn do vi sinh vật tạo ra này chỉ hình thành ở môi trường nông. Trong những môi trường đó, vi sinh vật có thể dựa vào ánh sáng mặt trời để lấy năng lượng và tránh bị động vật ăn thịt, đặc biệt là trong những thời kỳ căng thẳng hoặc sau các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt.

Ở vùng nước sâu hơn, những hình thái tương tự thường được giải thích theo cách khác. Các nhà địa chất thường cho rằng chúng là do sạt lở đất dưới nước đẩy trầm tích tạo thành các rãnh và gờ. Nhưng Martindale không tin như vậy. Những hình thái mà bà quan sát được mang dấu ấn rõ ràng của hoạt động vi sinh vật.

"Chính việc biết mình cần tìm kiếm điều gì và có sẵn 'hình ảnh tìm kiếm' về cấu trúc nếp nhăn trong đầu đã thôi thúc tôi dừng lại và tìm hiểu sâu hơn về vấn đề này", cô nói.

Một lời giải thích mới cho cấu trúc nếp nhăn dưới đáy biển sâu

Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Geology , Martindale và các đồng nghiệp đề xuất một cách giải thích mới liên kết các quá trình địa chất với hoạt động sinh học. Họ cho rằng mặc dù một vụ lở đất dưới nước đã xảy ra, nhưng nó không trực tiếp tạo ra các nếp nhăn. Thay vào đó, nó đã cung cấp chất dinh dưỡng cho đáy biển, cho phép vi sinh vật phát triển và hình thành các cấu trúc này.

Theo nhóm nghiên cứu, những vi sinh vật này không phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời. Thay vào đó, chúng có thể dựa vào các chất hóa học để tạo năng lượng, một quá trình được gọi là hóa tổng hợp. Lượng chất dinh dưỡng từ vụ sạt lở đất có thể đã hỗ trợ các quần thể vi sinh vật này, trong khi việc giải phóng các hợp chất lưu huỳnh độc hại có thể đã ngăn cản các sinh vật biển khác quấy nhiễu chúng.

Những manh mối hiện đại từ hệ sinh thái đại dương sâu thẳm

Các hệ sinh thái tương tự cũng tồn tại trong đại dương ngày nay. Một số thảm vi sinh vật phát triển mạnh trong môi trường sâu, tối bằng cách hấp thụ năng lượng hóa học thay vì ánh sáng mặt trời. Một ví dụ có thể được tìm thấy trên xác cá voi chìm xuống đáy biển. Những địa điểm "xác cá voi chìm" này tạo ra các hệ sinh thái tạm thời nhưng phong phú, nơi vi sinh vật nhanh chóng xâm chiếm và phát triển mạnh.

Jake Bailey, một giáo sư tại Đại học Minnesota, người nghiên cứu về cách vi sinh vật ảnh hưởng đến hệ thống Trái đất, cho biết những phát hiện này thách thức những giả định lâu đời về cấu trúc đá này.

"Hiện nay, một số hệ sinh thái vi sinh vật lớn nhất trên hành tinh của chúng ta được tìm thấy ở đại dương sâu thẳm," Bailey, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết. "Nghiên cứu ở đây cho thấy rằng một số cấu trúc trầm tích cổ đại có thể ghi lại sự hiện diện của các sinh vật hóa tự dưỡng này hơn là các sinh vật quang hợp (các sinh vật cần ánh sáng mặt trời để tạo ra năng lượng)".

Xem xét lại vai trò của hóa thạch trong các tầng đá.

Martindale giải thích rằng phát hiện này có thể có ý nghĩa rộng lớn. Nếu các cộng đồng vi sinh vật hóa tổng hợp phổ biến hơn so với suy nghĩ trước đây, thì hóa thạch của chúng cũng có thể phổ biến hơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học có thể đã bỏ qua chúng khi cho rằng các cấu trúc đá nhăn nheo chỉ đơn thuần là sự hình thành vật lý.

Một phần thách thức nằm ở ngôn ngữ được sử dụng để mô tả các đặc điểm này. Nếu không có thuật ngữ rõ ràng, sẽ rất khó phân biệt giữa các cấu trúc được hình thành bởi các lực vật lý và các cấu trúc được tạo ra bởi các sinh vật sống.

"Thuật ngữ sử dụng khá lỏng lẻo," Martindale nói. "Từ 'nhăn nheo' có thể mang nhiều nghĩa khác nhau, vì vậy thiếu ngôn ngữ chẩn đoán chính xác".

Theo đuổi một con đường khoa học bất ngờ

Martindale thường nghiên cứu các rạn san hô cổ đại và các vụ tuyệt chủng hàng loạt. Bà không ngờ rằng quan sát này lại dẫn bà đến nghiên cứu về thảm vi sinh vật dưới đáy biển sâu. Nhưng bí ẩn này quá hấp dẫn đến nỗi bà không thể bỏ qua.

"Thật tuyệt khi đi theo hướng mà tôi hoàn toàn không ngờ tới", cô ấy nói. "Tôi không hề có giả thuyết nào rằng mình sẽ tìm thấy những thảm vi sinh vật này ở đây. Chỉ là may mắn đúng lúc đúng chỗ, với hình ảnh tìm kiếm phù hợp. Và rồi đủ kiên trì để không bỏ cuộc".