Khi nói đến tảo cát sống trong đại dương, nghiên cứu mới cho thấy quang hợp không phải là chiến lược duy nhất để tích lũy carbon. Thay vào đó, những sinh vật phù du đơn bào này cũng đang xây dựng sinh khối bằng cách ăn trực tiếp carbon hữu cơ trong các dải rộng của đại dương.
Tín dụng: CC0 Public Domain
Những phát hiện mới này có thể khiến các nhà nghiên cứu phải giảm ước tính về lượng carbon dioxide mà tảo cát hấp thụ từ không khí thông qua quá trình quang hợp, từ đó có thể thay đổi hiểu biết của chúng ta về chu trình carbon toàn cầu, điều này đặc biệt có liên quan trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
Nghiên cứu này được dẫn dắt bởi các kỹ sư sinh học, chuyên gia tin sinh học và các nhà nghiên cứu bộ gen khác tại Đại học California San Diego. Các phát hiện được công bố trên Science Advances vào ngày 17 tháng 7 năm 2024. Bài báo có tựa đề "Sự phát triển hỗn hợp của tảo cát biển phổ biến".
Nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng tảo cát Cylindrotheca closterium, được tìm thấy ở các đại dương trên khắp thế giới, thường xuyên thực hiện quá trình quang hợp đồng thời và hấp thụ trực tiếp carbon từ các nguồn hữu cơ như sinh vật phù du.
Trong hơn 70% mẫu nước mà các nhà nghiên cứu phân tích từ các đại dương trên khắp thế giới, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy dấu hiệu quang hợp đồng thời và tiêu thụ carbon hữu cơ trực tiếp từ Cylindrotheca closterium.
Nhóm nghiên cứu cũng chỉ ra rằng loài tảo cát này có thể phát triển nhanh hơn nhiều khi tiêu thụ cacbon hữu cơ ngoài quá trình quang hợp.
Hơn nữa, nghiên cứu mới này gợi ý về khả năng hấp dẫn rằng một số loài vi khuẩn cụ thể đang cung cấp cacbon hữu cơ trực tiếp cho phần lớn các loài tảo cát sống trên khắp các đại dương trên toàn cầu.
Công trình này dựa trên phương pháp mô hình hóa chuyển hóa quy mô bộ gen mà nhóm nghiên cứu đã sử dụng để làm sáng tỏ quá trình chuyển hóa của tảo cát Cylindrotheca closterium. Các nhà nghiên cứu đã hạn chế mô hình chuyển hóa quy mô bộ gen của họ bằng dữ liệu biểu hiện gen toàn cầu thu được từ chuyến thám hiểm đại dương TARA. Các nhà nghiên cứu tin rằng đây là lần đầu tiên các mô hình quy mô bộ gen được sử dụng ở quy mô toàn cầu.
Dữ liệu mô hình chuyển hóa mới của nhóm nghiên cứu hỗ trợ các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm gần đây cho thấy một số loài tảo cát có thể dựa vào các chiến lược khác ngoài quang hợp để hấp thụ carbon mà chúng cần để tồn tại, phát triển và tạo ra sinh khối.
Nhóm nghiên cứu do UC San Diego đứng đầu đang trong quá trình mở rộng phạm vi của dự án để xác định mức độ phổ biến của hoạt động không quang hợp này trong số các loài tảo cát khác.
Liệu vi khuẩn đại dương có ăn tảo cát không?
Khi nhóm nghiên cứu xem xét các thông số vật lý và hóa học được đo trong các mẫu nước biển của họ - bao gồm nhiệt độ, độ pH, độ mặn, ánh sáng, lượng nitơ và carbon khả dụng - họ không tìm thấy bất kỳ mối tương quan nào giữa các thông số đó và xu hướng tránh xa các chiến lược chỉ quang hợp của tảo cát.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu đã tìm thấy một tín hiệu rõ ràng khi khám phá các quần thể vi khuẩn cụ thể cùng tồn tại với tảo cát Cylindrotheca closterium trong các mẫu nước biển. Phát hiện này gợi ý về tương tác giữa vi khuẩn và tảo cát thúc đẩy sự kết hợp đồng thời của quá trình quang hợp và tiêu thụ trực tiếp cacbon hữu cơ—một hiện tượng được gọi là "hỗn hợp dinh dưỡng".
Nhóm nghiên cứu tin rằng các loại vi khuẩn cụ thể có thể cung cấp thức ăn trực tiếp cho tảo cát, giúp tảo cát trở thành một trong những vi khuẩn thành công và quan trọng nhất trên hành tinh về mặt sản xuất oxy, cô lập carbon và là nền tảng của chuỗi thức ăn hỗ trợ hầu hết mọi sự sống trong đại dương.
"Tảo cát là tác nhân chính tạo nên chuỗi thức ăn biển và là động lực chính của chu trình cacbon toàn cầu. Trước đây, chúng tôi đã ước tính tất cả các mô hình chu trình cacbon dựa trên giả định rằng vai trò duy nhất của tảo cát là cố định cacbon dioxide", Giáo sư Karsten Zengler của UC San Diego, giáo sư Khoa Nhi và Kỹ thuật sinh học và là nhà nghiên cứu tại Trung tâm Đổi mới hệ vi sinh vật tại Trường Kỹ thuật Jacobs cho biết.
"Những phát hiện của chúng tôi chứng minh rằng điều này không đúng, nhưng tảo cát đồng thời cũng ăn cacbon hữu cơ. Nói cách khác, chúng tôi đã chỉ ra rằng tảo cát không chỉ dựa vào quá trình cố định cacbon dioxit để phát triển và sản xuất sinh khối. Chúng tôi tin rằng những kết quả này sẽ có ý nghĩa quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về chu trình cacbon toàn cầu.
"Mặc dù đã có những quan sát thú vị trong phòng thí nghiệm về tảo cát lệch khỏi quá trình quang hợp, nhưng cho đến nay vẫn không thể kiểm tra loại chuyển hóa nào mà tảo cát này thực hiện trong đại dương. Nguyên nhân là do có rất nhiều gen tham gia vào quá trình này và rất khó để phân định quá trình nào đang hoạt động chỉ dựa trên dữ liệu biểu hiện gen. Phương pháp tiếp cận của chúng tôi giải quyết được thách thức này."
Nhóm nghiên cứu hy vọng công trình này sẽ kích thích sự quan tâm trong việc xem xét kỹ hơn hiểu biết của chúng ta về chu trình cacbon toàn cầu, đồng thời xem xét hiểu biết mới rộng hơn về cách tảo cát đại dương lấy cacbon.
Những lợi ích mà vi khuẩn nuôi tảo cát có thể thu được từ mối quan hệ này là một câu hỏi khác cần được nghiên cứu thêm.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
