Bui Nhat Minh
Intern Writer
Một nghiên cứu mới nêu bật cách sự sống có thể tiến hóa trước và trong quá trình bầu khí quyển có oxy của Trái đất xuất hiện.
Khoảng 2,4 tỷ năm trước, bầu khí quyển của Trái Đất đã trải qua sự gia tăng nhanh chóng nồng độ oxy được gọi là Sự kiện oxy hóa lớn (GOE).
Một nghiên cứu mới phân tích các cộng đồng vi khuẩn ưa nhiệt ở hai con suối tại Công viên quốc gia Yellowstone, đây là hình ảnh chụp nhanh về Trái đất trước và sau GOE.
Nghiên cứu này cho thấy cách tăng cường oxy hóa hỗ trợ sự đa dạng hơn và cách các sinh vật trong điều kiện thiếu oxy hơn tồn tại trong môi trường trước GOE.
Thu hút gần năm triệu du khách mỗi năm, Công viên quốc gia Yellowstone là một trong những bộ sưu tập mạch nước phun, suối nước nóng, hố bùn và lỗ phun khí kỳ diệu nhất thế giới—tất cả đều được cung cấp năng lượng bởi một khoang magma ngầm lớn . Mặc dù mạch nước phun Old Faithful thường là ngôi sao của chương trình (và có khả năng là nguyên nhân gây ra sự hủy diệt trong tương lai của chúng ta ), nhiều thành tạo địa chất và suối nước nóng khác trong công viên nổi tiếng này chứa đựng vô số thông tin quan trọng đối với các nhà khoa học đang cố gắng tìm hiểu cách thức sự sống cổ đại tiến hóa trên Trái đất.
Hai suối nước nóng như vậy—được gọi là suối Conch và Octopus và nằm ở lưu vực Geyser thấp hơn—đặc biệt được các nhà khoa học tại Đại học bang Montana (MSU) quan tâm. Đó là vì hai suối này có đặc điểm địa hóa học tương tự nhau, ngoại trừ một ngoại lệ khá lớn— oxy. Suối Conch có hàm lượng lưu huỳnh cao và không phát hiện được oxy, trong khi Suối Octopus chứa 20 micromolar oxy hòa tan. Sự khác biệt về địa hóa học này đã biến hai suối này thành phòng thí nghiệm hoàn hảo để hiểu cách thức sự sống của vi khuẩn tiến hóa trên Trái đất cổ đại.
Nhóm nghiên cứu đằng sau một nghiên cứu được công bố vào tháng trước trên tạp chí Nature Communications tập trung vào các vi khuẩn ưa nhiệt—vi khuẩn phát triển mạnh trong môi trường nhiệt độ cao—bởi vì những vi khuẩn này có thể đóng vai trò trong sự phát triển của sự sống trên Trái đất khi hành tinh này trải qua Sự kiện oxy hóa lớn (GOE) khoảng 2,4 tỷ năm trước. Trong GOE, nồng độ oxy trong khí quyển Trái đất tăng từ gần như bằng không lên từ một đến 10 phần trăm nồng độ oxy hiện đại trong suốt 200 triệu năm.
Hai con suối này ở Yellowstone về cơ bản tượng trưng cho sự sống ở mỗi bên của GOE, và nghiên cứu phát hiện ra rằng con suối có oxy cho thấy dấu hiệu đa dạng hơn về các vi khuẩn đói oxy (và sự sống nói chung) so với con suối thiếu oxy.
“Sẽ rất khó để tái tạo loại thí nghiệm này trong phòng thí nghiệm; hãy tưởng tượng việc cố gắng tạo ra các luồng nước nóng với lượng oxy và sunfua vừa đủ”, Bill Innskeep, tác giả chính của nghiên cứu từ MSU, cho biết trong một tuyên bố báo chí . “Và đó chính là điều tuyệt vời khi nghiên cứu những môi trường này. Chúng ta có thể thực hiện những quan sát này trong chính xác các điều kiện địa hóa học mà các sinh vật này cần để phát triển”.
Nghiên cứu báo cáo rằng cả hai suối Conch và Octopus đều chứa các loài ưa nhiệt cao trong các ngành Aquificota ( Thermocrinis ), Pyropristinus ( Caldipriscus ) và Thermoproteota ( Pyrobaculum ), nhưng phát hiện ra rằng môi trường có nhiều oxy hơn ở Conch Spring có sự đa dạng lớn hơn của các loài dị dưỡng hiếu khí cổ đại này. Các sinh vật này sống trong các luồng keo, hơi nhầy, và nghiên cứu tập trung vào các gen hô hấp của vi khuẩn. Họ phát hiện ra rằng, trong khi sự sống đa dạng hơn ở Octopus Spring, các gen thích nghi với điều kiện oxy thấp ở Conch Spring hoạt động mạnh hơn hoặc "được biểu hiện cao".
Điều này cung cấp một bức ảnh chụp nhanh đầy thuyết phục về cách các vi khuẩn trước GOE có thể sống sót với lượng oxy ít ỏi hiện có để sinh ra thế hệ con cháu sau này, cuối cùng thúc đẩy sự gia tăng nồng độ oxy trên Trái Đất.
“Khi oxy bắt đầu tăng lên trong môi trường, những sinh vật ưa nhiệt này có thể đóng vai trò quan trọng trong nguồn gốc của sự sống vi khuẩn”, Inskeep cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Đã có sự tiến hóa của các sinh vật sử dụng oxy. Bạch tuộc có nhiều oxy hơn và chắc chắn là có nhiều sinh vật hiếu khí hơn ở đó. Những môi trường này có các đặc điểm khác nhau”.
Vì vậy, nếu bạn có dịp đến Công viên Quốc gia để chứng kiến Old Faithful hoạt động, hãy dành chút cảm ơn tới những vi khuẩn chăm chỉ đã góp phần tạo nên bầu không khí tràn ngập phổi bạn mỗi ngày. (popularmechanics)
Khoảng 2,4 tỷ năm trước, bầu khí quyển của Trái Đất đã trải qua sự gia tăng nhanh chóng nồng độ oxy được gọi là Sự kiện oxy hóa lớn (GOE).
Một nghiên cứu mới phân tích các cộng đồng vi khuẩn ưa nhiệt ở hai con suối tại Công viên quốc gia Yellowstone, đây là hình ảnh chụp nhanh về Trái đất trước và sau GOE.
Nghiên cứu này cho thấy cách tăng cường oxy hóa hỗ trợ sự đa dạng hơn và cách các sinh vật trong điều kiện thiếu oxy hơn tồn tại trong môi trường trước GOE.
Thu hút gần năm triệu du khách mỗi năm, Công viên quốc gia Yellowstone là một trong những bộ sưu tập mạch nước phun, suối nước nóng, hố bùn và lỗ phun khí kỳ diệu nhất thế giới—tất cả đều được cung cấp năng lượng bởi một khoang magma ngầm lớn . Mặc dù mạch nước phun Old Faithful thường là ngôi sao của chương trình (và có khả năng là nguyên nhân gây ra sự hủy diệt trong tương lai của chúng ta ), nhiều thành tạo địa chất và suối nước nóng khác trong công viên nổi tiếng này chứa đựng vô số thông tin quan trọng đối với các nhà khoa học đang cố gắng tìm hiểu cách thức sự sống cổ đại tiến hóa trên Trái đất.
Hai suối nước nóng như vậy—được gọi là suối Conch và Octopus và nằm ở lưu vực Geyser thấp hơn—đặc biệt được các nhà khoa học tại Đại học bang Montana (MSU) quan tâm. Đó là vì hai suối này có đặc điểm địa hóa học tương tự nhau, ngoại trừ một ngoại lệ khá lớn— oxy. Suối Conch có hàm lượng lưu huỳnh cao và không phát hiện được oxy, trong khi Suối Octopus chứa 20 micromolar oxy hòa tan. Sự khác biệt về địa hóa học này đã biến hai suối này thành phòng thí nghiệm hoàn hảo để hiểu cách thức sự sống của vi khuẩn tiến hóa trên Trái đất cổ đại.
Nhóm nghiên cứu đằng sau một nghiên cứu được công bố vào tháng trước trên tạp chí Nature Communications tập trung vào các vi khuẩn ưa nhiệt—vi khuẩn phát triển mạnh trong môi trường nhiệt độ cao—bởi vì những vi khuẩn này có thể đóng vai trò trong sự phát triển của sự sống trên Trái đất khi hành tinh này trải qua Sự kiện oxy hóa lớn (GOE) khoảng 2,4 tỷ năm trước. Trong GOE, nồng độ oxy trong khí quyển Trái đất tăng từ gần như bằng không lên từ một đến 10 phần trăm nồng độ oxy hiện đại trong suốt 200 triệu năm.
Hai con suối này ở Yellowstone về cơ bản tượng trưng cho sự sống ở mỗi bên của GOE, và nghiên cứu phát hiện ra rằng con suối có oxy cho thấy dấu hiệu đa dạng hơn về các vi khuẩn đói oxy (và sự sống nói chung) so với con suối thiếu oxy.
“Sẽ rất khó để tái tạo loại thí nghiệm này trong phòng thí nghiệm; hãy tưởng tượng việc cố gắng tạo ra các luồng nước nóng với lượng oxy và sunfua vừa đủ”, Bill Innskeep, tác giả chính của nghiên cứu từ MSU, cho biết trong một tuyên bố báo chí . “Và đó chính là điều tuyệt vời khi nghiên cứu những môi trường này. Chúng ta có thể thực hiện những quan sát này trong chính xác các điều kiện địa hóa học mà các sinh vật này cần để phát triển”.
Nghiên cứu báo cáo rằng cả hai suối Conch và Octopus đều chứa các loài ưa nhiệt cao trong các ngành Aquificota ( Thermocrinis ), Pyropristinus ( Caldipriscus ) và Thermoproteota ( Pyrobaculum ), nhưng phát hiện ra rằng môi trường có nhiều oxy hơn ở Conch Spring có sự đa dạng lớn hơn của các loài dị dưỡng hiếu khí cổ đại này. Các sinh vật này sống trong các luồng keo, hơi nhầy, và nghiên cứu tập trung vào các gen hô hấp của vi khuẩn. Họ phát hiện ra rằng, trong khi sự sống đa dạng hơn ở Octopus Spring, các gen thích nghi với điều kiện oxy thấp ở Conch Spring hoạt động mạnh hơn hoặc "được biểu hiện cao".
Điều này cung cấp một bức ảnh chụp nhanh đầy thuyết phục về cách các vi khuẩn trước GOE có thể sống sót với lượng oxy ít ỏi hiện có để sinh ra thế hệ con cháu sau này, cuối cùng thúc đẩy sự gia tăng nồng độ oxy trên Trái Đất.
“Khi oxy bắt đầu tăng lên trong môi trường, những sinh vật ưa nhiệt này có thể đóng vai trò quan trọng trong nguồn gốc của sự sống vi khuẩn”, Inskeep cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Đã có sự tiến hóa của các sinh vật sử dụng oxy. Bạch tuộc có nhiều oxy hơn và chắc chắn là có nhiều sinh vật hiếu khí hơn ở đó. Những môi trường này có các đặc điểm khác nhau”.
Vì vậy, nếu bạn có dịp đến Công viên Quốc gia để chứng kiến Old Faithful hoạt động, hãy dành chút cảm ơn tới những vi khuẩn chăm chỉ đã góp phần tạo nên bầu không khí tràn ngập phổi bạn mỗi ngày. (popularmechanics)
