Language
Country/Area
No result found
Phép màu của sự sống ở độ sâu 10 km: Làm thế nào các vi sinh vật có thể lấy năng lượng trong môi trường khắc nghiệt?
Khi nghĩ về sự tồn tại của sự sống, hầu hết chúng ta đều liên tưởng đến ánh sáng mặt trời, không khí và môi trường bề mặt của Trái Đất. Nhưng sâu bên trong Trái đất có một hệ sinh thái đáng kinh ngạc - tầng sinh quyển sâu, một môi trường tối tăm, khắc nghiệt chứa đầy các vi sinh vật, nơi mà đáng ngạc nhiên là sự sống phát triển theo cách riêng độc đáo của nó.
Sinh quyển sâu trải dài bên dưới lớp vỏ Trái Đất tới độ sâu tới mười km, nơi nhiệt độ có thể lên tới hơn 120°C, tất cả đều dưới áp suất lớn và điều kiện khắc nghiệt.
Ở độ sâu vài kilomet dưới bề mặt biển và đất liền, các vi sinh vật lấy năng lượng thông qua phản ứng hóa học thay vì quang hợp hoặc chất hữu cơ. Các vi sinh vật này sử dụng "thức ăn" có sẵn trong môi trường, chẳng hạn như hydro, mêtan và nhiều loại sunfua khác, để duy trì hoạt động sống của chúng. Tốc độ trao đổi chất của các vi sinh vật này có thể chậm hơn hàng triệu lần so với các vi sinh vật trên mặt đất, điều đó có nghĩa là sự sống còn của chúng gần như hoàn toàn phụ thuộc vào nguồn năng lượng cực kỳ hạn chế trong môi trường xung quanh.
Lý do tại sao tầng sinh quyển sâu có thể tồn tại trước hết là do năng lượng hóa học phong phú mà nó chứa đựng. Trong môi trường sâu, các vi sinh vật này lấy năng lượng thông qua phản ứng oxy hóa và khử. Ví dụ, vi sinh vật có thể thu được năng lượng bằng cách oxy hóa mêtan (CH4), một phản ứng đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa khí hậu toàn cầu.
Trong quá trình này, các chất cho electron như mêtan giải phóng năng lượng thông qua các phản ứng oxy hóa, cung cấp ATP cần thiết cho sự sống còn của vi khuẩn.
Ngoài ra, sự sống còn của các vi sinh vật này còn bị ảnh hưởng bởi áp suất không khí và nhiệt độ trong môi trường. Khi độ sâu tăng, áp suất trở nên cực kỳ cao, điều này hạn chế một số phản ứng sinh hóa nhưng cũng thúc đẩy sự xuất hiện của một số vi sinh vật đặc biệt. Ví dụ, các vi sinh vật ưa áp suất (vi khuẩn ưa áp suất) có thể sinh sản dưới áp suất cực cao, chứng minh thêm khả năng phục hồi của sự sống trong môi trường khắc nghiệt.
Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học phát hiện ra rằng các vi sinh vật này có sự đa dạng đáng kể trong cách chúng lấy năng lượng. Họ không chỉ có thể khai thác các nguồn năng lượng dựa trên sulfide mà còn có thể khai thác các hóa chất từ các lỗ thông thủy nhiệt trên đáy biển. Những lỗ thông hơi này không chỉ cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho vi sinh vật mà còn chứa đầy các hợp chất hóa học có thể đóng vai trò là nguồn năng lượng.
Trong một số điều kiện phát triển nhất định, bao gồm nhiệt độ và áp suất cao, vi sinh vật có thể phát triển mạnh trong những môi trường khắc nghiệt nhất, sử dụng "thức ăn" mà chúng cần.
Được hỗ trợ bởi khoa học và công nghệ, các nhà nghiên cứu sử dụng các kỹ thuật lấy mẫu và phân tích tiên tiến để khám phá tầng sinh quyển này. Quá trình lấy mẫu từ sâu dưới lòng đất chắc chắn là một thách thức, nhưng thông qua công nghệ hiện đại, họ có thể hiểu rõ hơn về tập tính sống của các vi sinh vật này và quá trình chuyển đổi năng lượng. Ví dụ, các nhà khoa học phát hiện rằng mặc dù số lượng vi sinh vật có thể giảm khi độ sâu tăng, khả năng sống sót trong môi trường có áp suất và nhiệt độ cao của chúng không bị ảnh hưởng đáng kể.
Các vi sinh vật dường như đã phát triển một hệ thống thích nghi trong những điều kiện khắc nghiệt như vậy, bao gồm khả năng chịu được nhiệt độ cao và áp suất cao. Ngay cả trong những môi trường khắc nghiệt nhất - chẳng hạn như độ sâu của đại dương hay thế giới hỗn loạn bên dưới lớp vỏ Trái đất - những dạng sống này vẫn tồn tại, tìm cách sinh tồn trong bóng tối dưới nước.
Nghiên cứu về tầng sinh quyển sâu không chỉ tiết lộ những dạng sống ẩn giấu nhất trên Trái Đất mà còn thách thức định nghĩa và hiểu biết của con người về sự sống. Mỗi cuộc thám hiểm giống như việc hé lộ một bản đồ chưa biết, cho thấy sự đa dạng và khả năng thích nghi của các vi sinh vật này trong việc thu thập năng lượng. Những bằng chứng quý giá và hấp dẫn như vậy nhắc nhở chúng ta rằng có bao nhiêu dạng sống mà chúng ta vẫn chưa khám phá ra. Tồn tại sâu trong lòng đất?
