Vi khuẩn trong không gian: Làm thế nào để giữ cho trạm vũ trụ luôn sạch sẽ?

Năm 1998, thời gian tồn tại trên quỹ đạo của Trạm vũ trụ Hòa Bình (Mir) của Nga đã đến năm thứ 12 và bắt đầu có dấu hiệu lão hóa. Mất điện thường xuyên, lỗi máy tính, rò rỉ hệ thống kiểm soát không khí... là tất cả các vấn đề có thể gặp phải theo thời gian. Và khi các phi hành gia thực hiện nghiên cứu để đánh giá về các loại vi sinh vật ở trong cùng không gian sống với họ, tất cả đã rất ngạc nhiên.

Khi mở một bảng mạch để kiểm tra và tìm thấy một vài giọt nước vẩn đục - mỗi giọt có kích thước bằng một quả bóng đá - họ đã phân tích và nhận thấy chúng chứa đầy vi khuẩn, nấm và ve. Điều đáng lo ngại hơn nữa là một số vi sinh vật đã nhân lên và bắt đầu ăn mòn các linh kiện bằng cao su xung quanh cửa sổ của trạm vũ trụ. Một số khác thì tiết ra các chất có tính axit, đang dần ăn mòn dây cáp.

Nên biết rằng mỗi mô-đun viên nang được phóng từ Trái đất đến Trạm vũ trụ Hòa Bình đều gần như trong trạng thái "hoàn hảo". Bên trong chúng chứa các kỹ sư đeo mũ bảo hiểm kín mít và mặc quần áo bảo hộ, những thứ được lắp ráp trong một căn phòng chế tạo với độ sạch sẽ không tưởng. Nhưng khi các phi hành gia nam và nữ, đến từ nhiều quốc gia khác nhau bước vào các phòng thí nghiệm trên trạm vũ trụ, họ cũng đồng thời đưa nhiều thứ không mong muốn khác lên quỹ đạo.

Bởi bản thân cơ thể mỗi người đều là nơi tồn tại của rất nhiều loại vi khuẩn và chúng cũng đồng hành cùng chúng ta suốt cả cuộc đời. Người ta ước tính rằng hơn một nửa số tế bào trong cơ thể chúng ta không phải là tế bào người, mà bao gồm nhiều sinh vật nhỏ bé khác nhau, từ vi khuẩn trong ruột đến các loại ve ăn da chết. Hầu hết các vi sinh vật này không chỉ vô hại, mà còn cần thiết cho việc bảo vệ sức khỏe, cho phép chúng ta tiêu hóa thức ăn và chống lại bệnh tật. Và trong không gian, chúng sẽ tiếp tục học hỏi và thích nghi với cuộc sống mới như con người.

Trạm vũ trụ quốc tế có lẽ là kiến trúc đắt nhất được xây dựng bởi con người và yêu cầu các phi hành gia phải bảo trì nó cẩn thận như chính ngôi nhà của họ

Christine Moissl-Eichinger, một nhà vi trùng học tại Đại học Y khoa Graz (Áo), đã dẫn đầu một nghiên cứu của Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), sử dụng các phi hành gia trên trạm vũ trụ để thu thập và lấy mẫu phân tích "cộng đồng vi sinh vật" trên Trạm vũ trụ quốc tế (ISS).

"Không gian là một môi trường rất căng thẳng, không chỉ đối với con người", cô nói. "Chuyến bay vào vũ trụ sẽ gây áp lực lên các phi hành gia và chúng tôi muốn biết liệu những vi sinh vật này cũng sẽ bị căng thẳng và tạo ra những phản ứng tồi tệ hay không."

Nghiên cứu này dường như xuất hiện rất đúng thời điểm. Vào tháng 11/2000, nhóm phi hành gia đầu tiên đã lên Trạm vũ trụ quốc tế. Đến tháng 11 năm nay, thời gian làm việc liên tục của nhân loại trên đó sẽ đạt 20 năm. Khi cả thế giới đang chiến đấu chống lại đại dịch Covid-19, nghiên cứu này cũng đặt ra một câu hỏi thú vị: Làm thế nào để bảo vệ trạm vũ trụ khỏi các vi sinh vật gây hại?

Sau nghiên cứu vi sinh ở Trạm vũ trụ Hòa Bình, các nhà sinh học đã lo lắng rằng các sinh vật khác vẫn có thể sống trên trạm vũ trụ, đặc biệt là một số vi sinh vật có thể gây nguy hiểm cho trạm vũ trụ hoặc thậm chí là các phi hành gia.

"Chúng tôi muốn thấy thành phần di truyền và những thay đổi của cộng đồng vi sinh vật, bởi vì chúng phải trải qua quá trình thích nghi", Moisel-Essinger nói.

Trên Trạm vũ trụ quốc tế đã nuôi cấy đều đặn khoảng 55 loại vi sinh vật. Mặc dù môi trường không có trọng lực, những vi khuẩn, nấm, nấm mốc, động vật nguyên sinh và virus đã thích nghi tốt với môi trường không gian.

"Chúng không cho thấy khả năng kháng kháng sinh cao hơn hoặc các đặc điểm khác có khả năng gây hại cho con người", Moisel-Essinger chia sẻ. "Nhưng chúng tôi thấy rằng chúng thích nghi với mọi bề mặt kim loại."

Những vi sinh vật có khả năng xử lý kim loại được gọi là "Vi sinh vật Technophile". Giống như các vi sinh vật trên Trạm vũ trụ Hòa Bình, chúng có thể gây ra các rủi ro lâu dài cho những hệ thống khác nhau của trạm vũ trụ. Và về lâu dài, điều này có thể gây khó khăn cho việc quản lý và an toàn của toàn bộ nơi này.

Do đó, các phi hành gia cần giúp kiểm soát quần thể vi sinh vật trên trạm vũ trụ. Mỗi tuần, các phi hành gia phải lau bề mặt vật thể bằng khăn lau kháng khuẩn và sử dụng máy hút bụi để hút bất kỳ mảnh vụn vương vãi nào. Đây là "việc nhà" quan trọng nhất hàng ngày, để có thể giữ cho khu vực nhà bếp sạch sẽ và ngăn ngừa nấm mốc đổ xuất hiện trên các thiết bị thể thao và thiết bị thí nghiệm.

Những thiết bị được đưa lên sao Hỏa cũng sẽ được tạo ra trong những căn phòng tiệt trung để tránh mang vi khuẩn từ Trái đất lên bề mặt Sao Hỏa.

 

"Ở một mức độ nhất định, chúng tôi dựa vào các phi hành gia để làm việc nhà", ông Kouthe Lasseur, người đứng đầu nghiên cứu hệ thống hỗ trợ sự sống tại Cơ quan Vũ trụ châu Âu cho biết. "Nhưng chúng tôi cũng sử dụng các phương tiện kỹ thuật để lọc không khí hay giữ sạch nước."

Những bài học từ Trạm vũ trụ Hòa Bình đã được áp dụng cho thiết kế và vận hành Trạm vũ trụ quốc tế, bao gồm việc làm cho môi trường trở nên khô hơn (mọi sự sống đều thích nước), lưu thông không khí nhiều hơn và hút bụi vào hệ thống lọc gió liên tục.

"Sự khác biệt chính giữa việc dọn dẹp tại nhà và trên Trạm vũ trụ quốc tế là bụi ở đây sẽ không đọng lại, mà tích tụ trong các lỗ thông hơi", Ruther nói. "Và bất kỳ vật thể nào khác, như bút chì hoặc kính, cũng sẽ bị thổi bay. Trên thực tế, bất cứ thứ gì không cố định trên tường đều có xu hướng di chuyển trong không gian."

Kinh nghiệm từ Trạm vũ trụ quốc tế cho thấy con người có thể cùng tồn tại với hệ vi sinh vật của riêng mình với rất ít tác dụng phụ. Tuy nhiên, các nhà khoa học hiện lo lắng về những gì xảy ra khi chúng ta rời khỏi quỹ đạo Trái đất (vốn tương đối an toàn) và du hành lên mặt trăng hay sao Hỏa.

"Trạm vũ trụ ISS hiện đang ở trong vành đai bức xạ Van Allen, do đó ít tiếp xúc với các bức xạ hơn", Ruher nói. "Nhưng khi chúng ta đi qua vành đai này, sự phơi nhiễm bức xạ sẽ mạnh hơn và sự tiến hóa của vi sinh vật (thông qua đột biến gen) có thể sẽ nhanh hơn."

Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Mỹ (NASA) đang phát triển một tàu vũ trụ nhỏ di chuyển trên quỹ đạo quanh Mặt trăng để làm trạm trung chuyển, tới các điểm đến mới như Sao Hỏa. Đây là một hệ thống phòng thí nghiệm và khu vực sinh sống, được gọi là "Gateway". Các phi hành gia sẽ sống ở đó trong một vài tuần, sau đó chúng có thể bị bỏ trống trong vòng vài tháng.

"Chúng tôi phải đảm bảo rằng các phi hành gia rời đi và trở về mà không để lại một môi trường thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật", Ruher nói. "Bởi vì hậu quả có thể rất nghiêm trọng."

Trái đất cũng cần được bảo vệ khỏi các vi sinh vật đến từ không gian.

Các nhà khoa học vẫn đang làm việc chăm chỉ để nghiên cứu những gì có thể xảy ra khi con người lần đầu tiên bước lên bề mặt Sao Hỏa. Sau tất cả, mọi thứ được gửi đến hành tinh đỏ này vẫn rất sạch sẽ. Chiếc xe tự hành mới nhất của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu được lắp ráp trong căn phòng sạch nhất ở Anh. Để tạo ra nó, các kỹ sư phải mặc đồ lót đặc biệt, quần áo bảo hộ đầy đủ, luôn đeo khẩu trang và hai đôi găng tay. Là một phần của chương trình thám hiểm sao Hỏa "ExoMars", xe tự hành dự kiến ​​sẽ được ra mắt vào cuối năm nay, tới sao Hỏa vào đầu năm tới, nhằm tìm ra dấu hiệu của sự trong quá khứ hoặc hiện tại. Do đó, điều cần thiết là phải tránh việc nó bị ô nhiễm bởi bất kỳ sự sống nào trên Trái đất.

Và đối với việc thám hiểm sao Hỏa, sự tồn tại của con người đã trở thành một vấn đề lớn. Không thể loại bỏ tất cả dấu vết của vi sinh vật từ các phi hành gia. Vì vậy, làm thế nào chúng ta có thể ngăn mình khỏi việc gây ô nhiễm môi trường sao Hỏa ban đầu, hoặc nhầm tưởng rằng các vi sinh vật trên sao Hỏa được chúng ta mang tới từ Trái đất?

"Vâng, chúng tôi có rất nhiều vi sinh vật trên cơ thể, nhưng chúng tôi sẽ không 'cởi trần' và chạy loanh quanh trên Sao Hỏa", Gerhard Kminek, quan chức phụ trách về bảo vệ môi trường của Cơ quan không gian châu Âu, cho biết. "Cả phi hành đoàn sẽ mặc đồ vũ trụ để duy trì sự sống và không để vấn đề ô nhiễm thoát khỏi bộ đồ đó."

Nhiều chuyên gia đến từ các cơ quan vũ trụ lớn của thế giới đã thành lập một nhóm làm việc, sẽ đưa ra các khuyến nghị về vấn đề bảo vệ sao Hỏa khỏi sự khám phá của con người vào cuối năm nay. Và ô nhiễm vi khuẩn là một trong những vấn đề họ hy vọng sẽ giải quyết được.

Tất nhiên, vấn đề cấp bách hơn là làm thế nào để đưa các vi sinh vật trên Sao Hỏa trở lại Trái đất an toàn. Hiện tại, một nhiệm vụ đưa các mẫu đất và đá trên sao Hỏa trở lại Trái đất đang được tiến hành và những mẫu vật này có thể chứa sự sống.

Các bộ phim khoa học viễn tưởng không hoàn toàn là những điều vô nghĩa.

Trong nhiều bộ phim khoa học viễn tưởng, vi khuẩn hoặc virus từ không gian thường gây ra những hậu quả tàn khốc cho thế giới. Đối với các nhà khoa học, thực sự có đầy rẫy các nguy cơ chưa biết về việc đưa vi khuẩn trong không gian trở lại Trái đất. Mặc dù nghiên cứu mới nhất cho thấy không có sinh vật nguy hiểm nào trên Trạm vũ trụ quốc tế, nhưng các hiểu biết về sự tiến hóa của vi sinh vật trên trạm vũ trụ quốc tế là có tồn tại. Những tri thức này sẽ giúp đảm bảo an toàn cho các phi hành gia đầu tiên trở về từ Sao Hỏa.

"Khi các phi hành gia trở về từ Sao Hỏa, nếu chúng ta có những khám phá mới về hệ vi sinh vật của họ, thì chúng ta có thể đánh giá liệu điều này có phải do một sinh vật sao Hỏa tiềm năng gây ra hay là thứ chúng ta đã nhìn thấy trong các chuyến bay vào vũ trụ của con người trước đây", Keminek nói.

Đồng thời, các nhà vi trùng học cũng mong muốn khám phá ra một cái gì đó trên Mặt trăng. 50 năm trước, các phi hành gia thực hiện nhiệm vụ Apollo đã để lại khoảng 96 túi chất thải của con người trên mặt trăng. Khi con người trở lại Mặt trăng trong thập kỷ tới, NASA hy vọng sẽ lấy được một số trong những chiếc túi này để tìm hiểu xem liệu còn tồn tại vi sinh vật nào hay không. Nếu câu trả lời là có, nó sẽ đánh dấu một bước nhỏ khác trong sự hiểu biết của chúng ta về hệ vi sinh vật của con người.