Phát hiện ra những "công nhân tí hon" đang cần mẫn dọn dẹp khí metan dưới đáy biển sâu

Các nhà khoa học tại Đại học Caltech and Occidental College, Hoa Kỳ, mới đây đã phát hiện ra một hoạt động cộng sinh cực kỳ thú vị giữa giun biển và vi khuẩn ở một số khu vực đáy biển sâu, mà “chất xúc tác ở đây chính là khí metan khí metan (CH4).

Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng loài vi khuẩn thuộc họ Methylococcaceae đã âm thầm xâm nhập và “ở trọ” trên những những sợi lông nhỏ có tác dụng như cơ quan hô hấp của Laminatubus và Bispira - 2 loài giun biển cỡ nhỏ sống ở tầng đáy và phân bố rộng rãi ở hầu hết các đại dương trên trái đất.

Methylococcaceae là loài vi khuẩn chuyên hấp thụ carbon và năng lượng từ khí metan (metan cấu tạo từ carbon và hydro), qua đó góp phần phân giải khí metan tồn tại dưới đáy biển. Tương tự, giun Laminatubus và Bispira cũng thường được tìm thấy với số lượng lớn gần khu vực tập trung nhiều khí metan, lỗ thông hơi dưới đáy đại dương, nơi chứa đựng lượng lớn hydrocarbon lỏng chảy từ lõi trái đất đổ vào đại dương. Vậy tại sao vi khuẩn Methylococcaceae lại tồn tại trên lông của giun Laminatubus và Bispira?

Rất đơn giản, do 2 loài giun Laminatubus và Bispira đều cực kỳ nhạy cảm với khí metan, chúng có xu hướng di chuyển đến nơi tập trung nhiều loại khí này. vi khuẩn Methylococcaceae cũng “thích” khí metan, nhưng chúng rõ ràng không thể tự di chuyển đến các “mỏ” khí metan dưới đáy biển được. Do đó, loại vi khuẩn này đã tìm cách bám vào lông của giun biển và xin “quá giang” đến những khu vực giàu khí metan.

Tuy nhiên, không có bữa ăn nào là miễn phí và “giá vé” mà vi khuẩn Methylococcaceae phải trả cho chuyến hành trình này cũng là rất đắt. Khi đã đến được với các mỏ khí metan, vi khuẩn Methylococcaceae sẽ thỏa sức hấp thụ loại khí này. Những sự thoải mái đó sẽ không tồn tại lâu. Những con giun biển sẽ từ từ tiêu hóa “vi khuẩn quá giang” và hấp thụ luôn lượng carbon cũng như năng lượng mà vi khuẩn thu được trước đó.

Để thăm dò bản chất của mối quan hệ cộng sinh giữa giun biển và vi khuẩn Methylococcaceae, các nhà khoa học trước tiên phải sử dụng tàu ngầm robot để lấy mẫu từ các lỗ thông khí metan dưới biển, trong trường hợp này là ở độ sâu 1.800m ngoài khơi bờ biển Nam California và Costa Rica. Trong phòng thí nghiệm các nhà khoa học đã phân tích các mô của chúng, lập danh mục các đồng vị carbon mà chúng đã tiêu thụ. Carbon tồn tại ở 2 dạng đồng vị ổn định, có thể nói là "hương vị" khác nhau của carbon. Trong đó, có khoảng 99% là carbon-12, với 6 neutron và 6 proton trong mỗi hạt nhân nguyên tử. Và khoảng 1% là carbon-13 với 6 neutron và 7 proton trong mỗi hạt nhân nguyên tử.

Tất cả sinh vật đều cần đến carbon ở một số dạng để tồn tại và chúng hấp thụ nó thông qua các quá trình trao đổi chất. Nghiên cứu tỷ lệ carbon-13 so với carbon-12 trong các mô của sinh vật có thể đưa ra manh mối về việc carbon đến từ đâu cũng như điều kiện mà nó hình thành. Trong trường hợp của giun biển, các mô của chúng có tỷ lệ carbon-13 so với carbon-12 thấp một cách bất thường, nghĩa là carbon trong cơ thể của giun có thể đến từ khí metan. Ngoài ra, do giun biển không có khả năng xử lý khí metan trực tiếp, nên chúng phải lấy carbon từ vi khuẩn Methylococcaceae.

Kết quả nghiên cứu trên đã mang đến cho chúng ta hiểu biết mới về hệ sinh thái cộng sinh dưới đáy biển, cũng như ý nghĩa lớn trong việc quản lý môi trường biển với bối cảnh khí metan và lỗ thông thủy nhiệt có dấu tăng tăng nhanh do hoạt động khai thác năng lượng và khoáng sản của con người.