ปริศนา “น้ำตกโลหิต” อาจช่วยเผยความลับของสิ่งมีชีวิตต่างดาว
ที่มาของภาพ, PETER RAJCEK / NSF
สภาพภูมิประเทศที่น่าตื่นตาตื่นใจที่สุดแห่งหนึ่งของทวีปแอนตาร์กติกา ได้แก่ทัศนียภาพแปลกตาของ “น้ำตกโลหิต” (Blood Falls) สายธารสีเลือดที่ไหลซึมผ่านหิมะสีขาวโพลนของธารน้ำแข็งเทย์เลอร์ (Taylor Glacier) ก่อนลงสู่ทะเลสาบใหญ่ที่ถูกปกคลุมด้วยแผ่นน้ำแข็งหนาทึบ
เมื่อปี 1911 ในยุคที่ทีมสำรวจชาติต่าง ๆ ของยุโรป พากันแก่งแย่งแข่งขันเข้าสำรวจทวีปแอนตาร์กติกา นักสำรวจชาวอังกฤษชื่อ โทมัส กริฟฟิธ เทย์เลอร์ ได้เป็นผู้ค้นพบน้ำตกประหลาดแห่งนี้เป็นคนแรก ซึ่งสร้างความพิศวงงงงวยให้กับเขาเป็นอย่างยิ่ง เพราะไม่รู้ว่าอะไรคือสาเหตุที่ทำให้น้ำตกมีสีสันสยดสยอง เหมือนเลือดไหลทะลักออกจากบาดแผลฉกรรจ์ก็ไม่ปาน
แม้ในตอนแรกนักวิทยาศาสตร์จะสันนิษฐานว่า สาหร่ายสีแดงที่อยู่ในน้ำตกคือตัวการที่ย้อมให้มันกลายเป็นลำธารสีเลือด แต่ในภายหลังพวกเขาพบว่านั่นไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้อง และเอาเข้าจริงเหล่านักวิทยาศาสตร์ต้องใช้เวลานานถึงเกือบหนึ่งศตวรรษเลยทีเดียว กว่าจะทราบว่าระบบชีวนิเวศของจุลินทรีย์ใต้ผืนน้ำแข็งนั้น คือสาเหตุที่แท้จริงที่ทำให้น้ำตกโลหิตมีสีสันเป็นเอกลักษณ์ไม่เหมือนใคร
ย้อนไปในช่วงทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์ได้เริ่มพบเบาะแสที่ชี้ว่า สีเลือดของน้ำตกมาจากแร่ธาตุจำพวกเกลือเหล็กอย่างเฟอร์ริกไฮดรอกไซด์ (FeHO2) ซึ่งถูกขับออกมาจากด้านล่างของแผ่นน้ำแข็ง แต่ก็ยังไม่มีผู้ใดทราบแน่ชัดว่าแหล่งกำเนิดของแร่ธาตุชนิดนี้คืออะไร และมันถูกขับดันขึ้นสู่พื้นผิวของธารน้ำแข็งด้วยกลไกทางธรณีวิทยาแบบใดกันแน่
ต่อมาในปี 2009 ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติจากสหรัฐฯ และสหราชอาณาจักร พบว่าน้ำสีเลือดแดงฉานนั้นมีต้นกำเนิดมาจากทะเลสาบน้ำเค็มโบราณ ซึ่งซ่อนตัวอยู่ใต้ผืนน้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกามาแสนนานราว 1.5 - 4.0 ล้านปีแล้ว โดยทะเลสาบน้ำเค็มดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งของระบบใต้ดิน ซึ่งเต็มไปด้วยชั้นหินอุ้มน้ำ (aquifer) และบรรดาทะเลสาบที่น้ำมีความเค็มจัดเป็นพิเศษ
ที่มาของภาพ, PETER RAJCEK / NSF
ผลวิเคราะห์น้ำสีเลือดจากน้ำตกโลหิตพบว่า มันเป็นน้ำที่มีความเค็มในระดับสูงจากทะเลสาบโบราณใต้ผืนน้ำแข็งนั่นเอง โดยเกลือเหล็กที่ย้อมให้น้ำเป็นสีแดง มาจากแบคทีเรียชนิดหนึ่งที่ดำรงชีวิตอยู่ได้โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจนและการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่อาศัยการหมุนเวียนธาตุเหล็กในน้ำที่เค็มจัดเพื่อผลิตพลังงานเลี้ยงตัวเอง
ทะเลสาบใต้ผืนน้ำแข็งซึ่งถือเป็น “ต้นน้ำ” ของน้ำตกโลหิต จัดได้ว่าเป็นระบบชีวนิเวศของจุลินทรีย์ที่หาพบได้ยากที่สุดระบบหนึ่งของโลก โดยแบคทีเรียจากยุคดึกดำบรรพ์มีวิวัฒนาการเป็นเอกเทศแยกจากสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ จนปัจจุบันพวกมันมีกันอยู่เพียงไม่กี่ชนิดพันธุ์ในทะเลสาบดังกล่าว
ยิ่งไปกว่านั้น น้ำสีเลือดที่ถูกขับออกมาจากธารน้ำแข็งยังมีอุณหภูมิต่ำถึง -7 องศาเซลเซียส ซึ่งแสดงว่าทะเลสาบน้ำเค็มด้านใต้จะต้องมีอุณหภูมิติดลบมากกว่านั้นหลายเท่า แต่น้ำสีเลือดยังคงสถานะของเหลวอยู่ได้โดยไม่แข็งตัว เนื่องจากมีความเค็มสูงนั่นเอง
ความพิเศษนี้ทำให้เหล่านักชีวดาราศาสตร์เกิดความสนใจขึ้นมาว่า ระบบชีวนิเวศของจุลินทรีย์ที่เป็นต้นธารของน้ำตกโลหิต อาจช่วยจำลองสภาพความเป็นอยู่ของจุลชีพต่างดาว ซึ่งน่าจะมีอยู่ใต้ชั้นน้ำแข็งบนดาวอังคารและดวงจันทร์ยูโรปาของดาวพฤหัสบดี แต่มนุษย์ยังค้นหาไม่พบ
ส่วนนักบรรพชีวินวิทยาก็ให้ความสนใจด้วยว่า การศึกษาน้ำตกโลหิตอาจช่วยไขคำตอบ เรื่องที่สิ่งมีชีวิตยุคแรกเริ่มอยู่รอดได้อย่างไรในยุค “โลกลูกบอลหิมะ” (Snowball Earth) ซึ่งโลกถูกแช่แข็งจนปกคลุมไปด้วยน้ำแข็งทั้งหมด
ที่มาของภาพ, NSF
ล่าสุดทีมนักวัสดุศาสตร์ นำโดยดร. เคน ลีวี จากมหาวิทยาลัยจอห์นส์ฮอปกินส์ของสหรัฐฯ ตีพิมพ์ผลการวิเคราะห์ใหม่เกี่ยวกับโครงสร้างของอนุภาคแร่ธาตุสีเลือดที่แบคทีเรียยุคดึกดำบรรพ์ผลิตขึ้น โดยระบุว่ามันมีลักษณะพิเศษที่อุปกรณ์ไฮเทคอย่างหุ่นยนต์ตระเวนสำรวจดาวอังคาร (Mars Exploration Rovers) ก็ไม่สามารถตรวจพบได้
ในรายงานวิจัยที่เพิ่งตีพิมพ์ลงวารสาร Astronomy and Space Science ดร. ลีวีระบุว่า อนุภาคของแร่ธาตุในน้ำตกโลหิตมีโครงสร้างเป็นเม็ดกลมขนาดเล็กระดับนาโน ซึ่งเล็กจิ๋วยิ่งกว่าเม็ดเลือดแดงของมนุษย์ถึง 100 เท่า โดยอนุภาคนี้อุดมไปด้วยธาตุเหล็ก ทั้งยังมีส่วนประกอบอื่น ๆ อย่างซิลิคอน, แคลเซียม, อะลูมิเนียม, และโซเดียม ซึ่งผสมอยู่ในน้ำเค็มจัดและทำให้อนุภาคดังกล่าวกลายเป็นสีแดง เมื่อมันไหลซึมออกมาสัมผัสกับออกซิเจนและอากาศที่อบอุ่นกว่าตรงด้านบนของผิวธารน้ำแข็ง
อย่างไรก็ตาม ดร. ลีวีบอกว่าอนุภาคของแร่ธาตุในน้ำตกโลหิตไม่มีโครงสร้างแบบผลึกหรือคริสตัล ทำให้อุปกรณ์ตรวจวิเคราะห์สารที่ใช้กันในการสำรวจภาคสนามยุคปัจจุบัน แม้กระทั่งอุปกรณ์ล้ำสมัยอย่างหุ่นยนต์ตระเวนสำรวจดาวอังคารก็ไม่อาจตรวจพบมันได้ ทำให้หลายครั้งมนุษย์พลาดโอกาสที่จะพบร่องรอยของสิ่งมีชีวิตต่างดาวไปอย่างน่าเสียดาย
“บนดาวเคราะห์ที่มีสภาพอากาศหนาวเย็นอย่างดาวอังคาร สารที่สิ่งมีชีวิตผลิตขึ้นอาจมีขนาดเล็กระดับนาโนและไม่มีโครงสร้างเป็นผลึก จึงมีความจำเป็นที่เราจะต้องปรับปรุงเทคโนโลยีด้านการสำรวจอวกาศ ให้รองรับความเป็นไปได้เช่นนี้เพิ่มขึ้นด้วย โดยเราสามารถเรียนรู้จากสารเคมีในระบบนิเวศของน้ำตกโลหิตได้” ดร. ลีวี กล่าวสรุป
