Stromatolite có thể trông giống như các thành tạo đá sẫm màu, không đáng chú ý, nhưng chúng không có gì ngoài sự sống. Những cấu trúc này, cùng với các thảm vi sinh vật tương tự, được xây dựng bởi các lớp vi sinh vật đã định hình bề mặt Trái đất trong hàng tỷ năm.

Rất lâu trước khi rừng, động vật hoặc thậm chí là các sinh vật đa bào đơn giản xuất hiện, những cộng đồng vi sinh vật này đã biến đổi hành tinh. Bằng cách sản xuất oxy thông qua quang hợp, stromatolite đã giúp biến bầu khí quyển của Trái đất thành một bầu khí quyển có khả năng hỗ trợ sự sống phức tạp. Bây giờ, nghiên cứu mới cho thấy họ cũng có thể bảo tồn manh mối về cách sự phức tạp đó phát sinh lần đầu tiên.

Phó giáo sư Brendan Burns, một nhà vi sinh vật học tiến hóa tại UNSW Sydney, là thành viên của nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra một vi khuẩn chưa từng được biết đến trước đây sống trong mối liên hệ chặt chẽ với một sinh vật khác bên trong cái gọi là "hóa thạch sống" này.

Nghiên cứu, được thực hiện với các nhà khoa học từ Đại học Công nghệ Sydney và Đại học Melbourne, có thể làm sáng tỏ một trong những câu hỏi lớn nhất của sinh học: làm thế nào các tế bào đơn giản kết hợp với nhau để tạo thành sự sống phức tạp hơn.

"Stromatolite có thể không chỉ là một cái nôi của sự sống, nơi sự sống của vi sinh vật ban đầu phát triển mạnh mẽ", Giáo sư Burns nói. "Họ cũng có thể cho chúng ta biết sự sống lần đầu tiên xuất hiện phức tạp như thế nào."

'Ngôi làng vi sinh vật giúp nuôi sinh vật nhân chuẩn'

Mặc dù stromatolite xuất hiện lần đầu tiên cách đây hàng tỷ năm, nhưng chúng vẫn đang hình thành cho đến ngày nay ở Vịnh Shark, một địa điểm được xếp hạng Di sản Thế giới ở Tây Úc.

Tại địa điểm này, Giáo sư Burns và nhóm của ông đã thu thập các mẫu và cuối cùng đã phân lập được một thành viên của vi khuẩn cổ Asgard, một nhóm vi khuẩn bất thường được cho là có liên quan chặt chẽ với tổ tiên của sinh vật nhân chuẩn. Sinh vật nhân chuẩn là các tế bào tạo nên tất cả các loài thực vật, động vật và con người.

Một giả thuyết lâu đời cho rằng tế bào nhân chuẩn đầu tiên được hình thành khi một vi khuẩn cổ đại và một vi khuẩn bắt đầu hợp tác chặt chẽ, với một tế bào cuối cùng nhấn chìm tế bào kia. Quá trình này dẫn đến sự phát triển của ty thể, cấu trúc tạo ra năng lượng bên trong tế bào.

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn thiếu bằng chứng trực tiếp cho thấy các mối quan hệ đối tác như vậy có thể hoạt động như thế nào. Nghiên cứu này cung cấp xác nhận trực quan đầu tiên về một vi khuẩn Asgard tương tác vật lý với một vi khuẩn thông qua các kết nối giống như ống nhỏ được gọi là ống nano.

"Đây có thể là một mô hình nhỏ về cách các loại quan hệ đối tác này bắt đầu và cuối cùng hình thành sinh vật nhân chuẩn", Giáo sư Burns nói.

Con đường dài khám phá

Giải trình tự gen cho thấy sự hiện diện của các sinh vật này trong các mẫu, nhưng việc nuôi cấy chúng trong phòng thí nghiệm tỏ ra là một thách thức.

"Phải mất bốn hoặc năm năm trong phòng thí nghiệm," Giáo sư Burns nói. "Rất nhiều thời gian, tối ưu hóa và theo đuổi các bóng khác nhau."

Cây vi khuẩn cổ Asgard cực kỳ khó phát triển bên ngoài môi trường tự nhiên của chúng và nhóm nghiên cứu không thể tự nuôi cấy chúng. Theo Giáo sư Burns, đây có thể là một manh mối quan trọng.

"Thực tế là chúng ta không bao giờ có thể đưa những sinh vật này vào nuôi cấy thuần túy có lẽ là vì chúng luôn phụ thuộc vào các sinh vật khác để tồn tại", ông nói.

Một bước đột phá quan trọng đến với chụp đông lạnh điện tử, một phương pháp hình ảnh 3D tiên tiến có thể tiết lộ các cấu trúc ở quy mô một phần triệu milimet (khoảng 0,00004 inch).

Các hình ảnh cho thấy hai vi khuẩn được kết nối vật lý bằng các ống nano. Archaeon cũng tạo ra các chuỗi túi nhỏ và các phần mở rộng giống như ống phức tạp. Mỗi sinh vật tạo ra các hợp chất mà sinh vật kia có thể sử dụng, bao gồm vitamin, chất dinh dưỡng và hydro.

Đồng tác giả, Phó Giáo sư Debnath Ghosal từ Đại học Melbourne cho biết việc nắm bắt sự tương tác trực tiếp này là một bước tiến lớn. "Khám phá này đưa chúng ta đến gần hơn một vài bước để hiểu cách các tế bào phức tạp tiến hóa từ các dạng sống vi sinh vật tương đối đơn giản hơn", Giáo sư Ghosal nói.

Đồng tác giả Phó giáo sư Kate Mitchie từ UNSW giải thích rằng nghiên cứu cũng sử dụng học sâu, một loại học máy.

"Chúng tôi đã sử dụng điều này để dự đoán cấu trúc của protein trong những vi khuẩn này", Giáo sư Mitchie nói. "Và điều đó thật thú vị vì chúng ta có thể bắt đầu thấy các phiên bản cổ xưa của bộ máy tế bào mà sau này trở thành trung tâm của sự sống phức tạp."

Giáo sư Burns so sánh vi khuẩn cổ với "bạn đồng hành". Trong điều kiện khắc nghiệt được tìm thấy trong thảm vi sinh vật, ngay cả sự hợp tác bằng kính hiển vi cũng có thể cần thiết cho sự sống còn.

Một câu chuyện cổ xưa nhưng sống động

Đồng tác giả Phó giáo sư Iain Duggin từ Đại học Công nghệ Sydney cho biết thật đáng chú ý khi xem xét rằng những vi khuẩn này có thể đã hình thành quan hệ đối tác trong môi trường như vậy trong hàng triệu năm, cuối cùng góp phần vào sự xuất hiện của sự sống phức tạp, bao gồm cả con người.

"Đó là nếu chúng ta từ từ trỗi dậy từ đáy biển", Giáo sư Duggin nói.

Loài vi khuẩn cổ mới được phát hiện được đặt tên là Nerearchaeum marumarumayae, theo tên của thần biển Hy Lạp cổ đại Nereus và từ Malgana marumarumayae, có nghĩa là "ngôi nhà cổ đại".

Malgana là một trong những ngôn ngữ truyền thống của người dân ở trung tâm Vịnh Cá mập, có mối liên hệ với vùng đất được công nhận bởi Danh hiệu bản địa. Những người lớn tuổi, kiểm lâm và các thành viên cộng đồng của Malgana tích cực chăm sóc khu vực, bảo vệ động vật hoang dã và phục hồi môi trường.

Vịnh Shark cũng có một lịch sử bản địa sâu sắc, với những người lần đầu tiên sinh sống trong khu vực này khoảng 30.000 năm trước.

Quá trình đặt tên bao gồm tham khảo ý kiến của Kymberly Oakley, một chuyên gia hàng đầu về ngôn ngữ Malgana. Các trưởng lão cũng được tham khảo ý kiến để đảm bảo sử dụng ngôn ngữ một cách tôn trọng và phù hợp. Họ đã cho phép đưa vào các thuật ngữ công nhận và tôn vinh văn hóa Malgana.

Đối với các nhà nghiên cứu, những hệ thống vi sinh vật này cung cấp một cái nhìn hiếm hoi về Trái đất sơ khai. Đối với Chủ sở hữu truyền thống, chúng vẫn là một phần quan trọng của di sản văn hóa sống tiếp tục được bảo vệ.

Giáo sư Burns hy vọng sẽ xác định được nhiều mối quan hệ đối tác vi sinh vật hơn, mở rộng cái mà ông gọi là "món súp Asgard nguyên thủy nhỏ", để giúp tái tạo các giai đoạn sớm nhất của cuộc sống phức tạp.

"Nhưng nó không chỉ là về các sinh vật," ông nói. "Đó cũng là về con người. Một nỗ lực hợp tác lớn giữa các ngành với nhiều sinh viên sau đại học đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng câu chuyện này. Một phần của điều làm cho điều này trở nên thú vị là nó không chỉ là khám phá, mà còn là sự kết nối. Không chỉ trong nhiều năm, mà vào thời điểm mà những hệ sinh thái mong manh này phải đối mặt với các mối đe dọa ngày càng tăng từ biến đổi khí hậu và hoạt động của con người."

Những vi khuẩn này nhấn mạnh sự hợp tác là điều cần thiết cho sự tồn tại trong suốt lịch sử Trái đất, một nguyên tắc mà Giáo sư Burns nói vẫn quan trọng cho đến ngày nay.

"Những vi khuẩn này nhắc nhở chúng ta rằng ngay cả những đối tác nhỏ nhất cũng có thể để lại dấu ấn sâu sắc nhất trong lịch sử của chúng ta."

Tài liệu tham khảo: “Real-Time Adaptive Tracking of Fluctuating Relaxation Rates in Superconducting Qubits” by Fabrizio Berritta, Jacob Benestad, Jan A. Krzywda, Oswin Krause, Malthe A. Marciniak, Svend Krøjer, Christopher W. Warren, Emil Hogedal, Andreas Nylander, Irshad Ahmad, Amr Osman, Janka Biznárová, Marcus Rommel, Anita Fadavi Roudsari, Jonas Bylander, Giovanna Tancredi, Jeroen Danon, Jacob Hastrup, Ferdinand Kuemmeth and Morten Kjaergaard, 13 February 2026, Physical Review X.