Hệ sinh vật ăn hóa chất ở đáy sâu Thái Bình Dương: Thách thức hiểu biết về sự sống

Đây không chỉ là khám phá sinh học sâu nhất từng được ghi nhận về các cộng đồng sinh vật ăn hóa chất, mà còn mở ra những định hướng nghiên cứu khoa học mới trong tương lai.

Sự sống từ hóa chất

Trong khi phần lớn các hệ sinh thái trên Trái đất, từ rừng nhiệt đới đến đại dương đều dựa vào ánh sáng mặt trời và quang hợp để tạo ra năng lượng cho chuỗi thức ăn, thì hệ sinh vật mà các nhà nghiên cứu vừa phát hiện đã lật ngược logic sinh học quen thuộc.

Những sinh vật này không hấp thụ ánh sáng, cũng không ăn xác sinh vật rơi xuống đáy biển mà sử dụng quá trình hóa tổng hợp (chemosynthesis), chuyển hóa các hợp chất hóa học như hydro sunfua (H₂S) và mêtan (CH₄) thành năng lượng.

Hai loài chủ yếu được ghi nhận là giun ống (tube worms) và trai, đều có kích thước đáng kể và thậm chí có một số loài chưa từng được mô tả trước đây.

Các sinh vật này sinh sống trong môi trường tối đen như mực, nhiệt độ gần đóng băng và áp suất gấp hàng trăm lần so với mặt đất. Chúng định cư xung quanh các điểm rò rỉ nơi chất lỏng giàu khoáng chất phun ra từ dưới lớp vỏ đại dương, một “nguồn năng lượng hóa học” duy nhất trong điều kiện không ánh sáng.

Theo Mengran Du, nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Kỹ thuật biển sâu, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu đăng trên Nature, mô tả phát hiện này là một “ốc đảo sôi động giữa sa mạc sinh học mênh mông của biển sâu”.

Dù từng có những cộng đồng sinh vật hóa tổng hợp được phát hiện trước đây, như tại các miệng phun thủy nhiệt, thì đây là lần đầu tiên con người chứng kiến sự đa dạng và phong phú như vậy ở độ sâu kỷ lục gần 10.000m, vượt quá độ cao của đỉnh Everest nếu đảo ngược.

Đáng chú ý, nơi sâu nhất được khảo sát, rãnh Kuril-Kamchatka đạt độ sâu 9.533m, vượt khoảng 25% so với độ sâu tối đa trước đó nơi phát hiện các cộng đồng sinh vật tương tự.

Đây là môi trường thuộc vùng hadal, nơi các mảng kiến tạo va chạm và tạo thành rãnh đại dương sâu nhất hành tinh.

“Không chỉ độ sâu kỷ lục, mà chính sự sinh động và ổn định của hệ sinh thái hóa tổng hợp mới là điều khiến khám phá này trở nên đột phá”, nhà nghiên cứu Mengran Du nhấn mạnh.

Đáy đại dương vùng hadal không chỉ tối tăm và lạnh giá, mà còn liên tục chịu ảnh hưởng từ các hoạt động kiến tạo địa chất, nơi mảng kiến tạo khổng lồ trượt xuống dưới mảng khác trong quá trình gọi là hút chìm (subduction). Những điều kiện cực đoan như vậy từng bị cho là bất lợi cho sự sống.

Tuy nhiên, các sinh vật tại đây không chỉ tồn tại, mà còn phát triển theo mô hình cộng đồng bền vững, với sự tham gia của cả sinh vật ăn hóa chất lẫn những loài ăn chất hữu cơ rơi từ tầng nước trên.

Mở ra định hướng nghiên cứu khoa học

Một trong những khía cạnh thú vị nhất của khám phá này là hàm ý về vũ trụ học và tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất. Việc phát hiện các hệ sinh thái không phụ thuộc vào ánh sáng, nhưng vẫn hoàn chỉnh và phát triển tốt đã mở ra khả năng tồn tại sự sống trên các hành tinh hoặc mặt trăng có đại dương ngầm, nơi ánh sáng mặt trời không thể vươn tới nhưng có thể có điều kiện tương tự, như Europa (mặt trăng của sao Mộc) hay Enceladus (của sao Thổ).

“Mêtan và hydro sunfua, những hóa chất hỗ trợ sự sống ở đây, cũng được phát hiện phổ biến trong hệ Mặt trời”, trưởng nhóm nghiên cứu Peng Xiaotong nhấn mạnh. “Nếu sự sống có thể phát triển trong môi trường cực hạn như vậy trên Trái đất, thì việc nó tồn tại trong các đại dương ngoài hành tinh không còn là điều viển vông”.

Khám phá này có thể xem là đi ngược lại những định kiến sinh học cổ điển, vốn lấy ánh sáng làm trung tâm và thay vào đó cho thấy sự sống là khái niệm linh hoạt, có thể biểu hiện theo nhiều hình thức chưa từng được khám phá trước đây.

Việc các sinh vật có thể sinh tồn và phát triển ở độ sâu và áp suất lớn như vậy không chỉ là bằng chứng về khả năng thích nghi sinh học phi thường, mà còn là lời nhắc nhở về giới hạn tri thức con người trước thiên nhiên.

Theo các chuyên gia, những gì con người khám phá trong lần lặn sâu này mới chỉ là bề nổi. Nhiều sinh vật mới có thể chưa được định danh khoa học.

Sự hiểu biết về cơ chế sinh hóa của các vi khuẩn cộng sinh, hệ miễn dịch của sinh vật hadal và sự thích nghi gen học của chúng có thể mở ra ứng dụng y học, sinh học tổng hợp và công nghệ môi trường trong tương lai.