Sự sống trong thế giới tối tăm và bí ẩn dưới đáy đại dương

Bảo Ninh

06:15 - 02/12/2021

Trong thế giới tối tăm và kỳ lạ dưới đáy biển, tồn tại những khe nứt, nơi dòng chất lỏng nóng xả vào môi trường nước biển cực lạnh, được gọi là các van thủy nhiệt, là nơi sinh sống của các quần thể sinh vật phức tạp.

chimney-structure-from-the-sea-cliff-hydrothermal-vent-field-777x431.jpg — Van thủy nhiệt là nơi sinh sống của các quần thể sinh vật phức tạp.

Trên đất liền, các sinh vật hấp thu năng lượng từ thức ăn là nhờ quá trình hô hấp tế bào, khi có một lượng oxy được nạp vào và thải ra carbonic.
Nhưng đối với các sinh vật sống dưới đáy đại dương, điều kiện sống của chúng hoàn toàn khác biệt.
Đồng tác giả nghiên cứu Everett Shock, Viện Khoa học Phân tử và Viện Khám phá Trái Đất và Vũ trụ của Đại học bang Arizona cho biết: “Trên đất liền, trong tầng khí quyển giàu oxy của Trái Đất, sự hình thành của một phân tử sự sống đòi hỏi phải có năng lượng. Ngược lại, xung quanh các van thủy nhiệt dưới đáy biển, dòng lưu chất nóng trộn lẫn với nước biển cực lạnh để tạo ra các điều kiện khiến cho phân tử của sự sống giải phóng năng lượng”.
Các nghiên cứu trước đây đã phát hiện ra quá trình sinh tổng hợp các phân tử cấu thành nên tế bào cơ bản, như axit amin hay đường, được diễn ra đặc biệt thuận lợi trong các khu vực có van cấu tạo bởi đá ultramafic (đá macma và đá meta có hàm lượng silica thấp), bởi loại đá này sinh ra nhiều hydro nhất.
Bên cạnh các phân tử cấu thành cơ bản như axit amin và đường, tế bào cần tạo thành những phân tử lớn hơn, gọi chung là các đại phân tử sinh học. Protein là đại phân tử phổ biến nhất trong tế bào, và phản ứng trùng hợp (phản ứng kết hợp các phân tử nhỏ để tạo ra một đại phân tử lớn hơn) tiêu tốn năng lượng.
Nói cách khác, nơi nào có nước là nơi đó có sự sống, nhưng nước cần phải được tiếp nhận để hệ thống có thể tiến hành quá trình trùng hợp một cách thuận lợi. Nên, tồn tại 2 dòng năng lượng trái ngược: năng lượng tỏa ra do quá trình sinh tổng hợp phân tử cấu thành cơ bản, và năng lượng thu nhận cho quá trình trùng hợp.
Điều mà các nhà nghiên cứu thắc mắc là liệu ta có thu được các protein có quá trình tổng hợp chung diễn ra thuận lợi trong vùng trộn lẫn không?
Về mặt lí thuyết, họ đã sử dụng mô hình nhiệt động lực học cho protein, gọi là “sự bổ sung nhóm”, đại diện cho các axit amin nhất định trong trình tự protein cũng như năng lượng trùng hợp. Về mặt dữ liệu, họ sử dụng tất cả các chuỗi protein trong một bộ gene hoàn chỉnh của một sinh vật đã được nghiên cứu kỹ trước đây có tên là Methanocaldococcus jannaschii.
Bằng cách chạy các số liệu tính toán này, họ đã có thể chứng minh rằng quá trình tổng hợp chung ở hầu hết các protein trong gene giải phóng năng lượng trong vùng trộn lẫn của van đá ultramafic tại nhiệt độ tối ưu cho sự phát triển của sinh vật này, khoảng 185 độ F (85 độ C). Ngược laị, trong một hệ thống van khác sản sinh ra ít hydro hơn (van đá badan), quá trình tổng hợp protein lại diễn ra không thuận lợi.
Hiện tại, các nhà khoa học đang tiếp tục nghiên cứu mối liên hệ mật thiết giữa hóa học địa chất và sự tiến hóa gene.

Theo Scitechdaily