Suy nghĩ lại về chu trình carbon: Chưa khám phá được vai trò chính của vi khuẩn đất

Suy nghĩ lại về chu trình carbon: Chưa khám phá được vai trò chính của vi khuẩn đất

    Một nghiên cứu mới hỗ trợ làm rõ vai trò của vi khuẩn trong chu trình carbon toàn cầu

    Hình ảnh đất với cận cảnh một loại vi khuẩn và các con đường tế bào liên quan đến việc sản xuất carbon dioxide. Các chất nền có sẵn từ chất hữu cơ trong đất được xử lý thông qua các con đường cụ thể với lượng khí carbon dioxide thải ra khác nhau. Nhà cung cấp hình ảnh: Phòng thí nghiệm Aristilde/Đại học Tây Bắc

    Một nghiên cứu mới hỗ trợ làm rõ vai trò của vi khuẩn trong chu trình carbon toàn cầu.

    Khi vi khuẩn đất ăn thực vật, thức ăn được tiêu hóa sẽ đi theo một trong hai con đường. Hoặc vi khuẩn sử dụng thức ăn để xây dựng cơ thể của chính mình hoặc nó hô hấp thức ăn của mình dưới dạng carbon dioxide (CO 2 ) vào khí quyển.

    Giờ đây, lần đầu tiên một nhóm nghiên cứu do Đại học Northwestern dẫn đầu đã theo dõi đường đi của hỗn hợp chất thải thực vật khi nó di chuyển qua quá trình trao đổi chất của vi khuẩn để góp phần tạo ra CO 2 trong khí quyển . Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vi khuẩn hô hấp lượng CO 2  từ cacbon lignin (đơn vị thơm không đường) nhiều gấp ba lần so với cacbon xenlulo (đơn vị đường glucose), vừa bổ sung cấu trúc vừa hỗ trợ cho thành tế bào của thực vật.

    Những phát hiện này giúp làm sáng tỏ vai trò của vi khuẩn trong chu trình cacbon trong đất – thông tin có thể giúp cải thiện các dự đoán về mức độ ảnh hưởng của cacbon trong đất đối với biến đổi khí hậu.

    Nghiên cứu gần đây đã được công bố trên tạp chí  Khoa học & Công nghệ Môi trường .

    Ludmilla Aristilde của Đại học Northwestern, người đứng đầu nghiên cứu cho biết: “Lượng carbon được lưu trữ trong đất gấp khoảng 10 lần lượng carbon trong khí quyển”. “Những gì xảy ra với hồ chứa này sẽ có tác động to lớn đến hành tinh. Bởi vì vi khuẩn có thể giải phóng lượng carbon này và biến nó thành CO 2 trong khí quyển nên có mối quan tâm lớn trong việc tìm hiểu cách chúng chuyển hóa chất thải thực vật. Khi nhiệt độ tăng lên, nhiều loại chất hữu cơ khác nhau sẽ có sẵn trong đất. Điều đó sẽ ảnh hưởng đến lượng CO 2  thải ra từ hoạt động của vi sinh vật”.

    Là chuyên gia về động lực học của chất hữu cơ trong các quá trình môi trường, Aristilde là phó giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Trường Kỹ thuật McCormick của Northwestern và là thành viên của Trung tâm Sinh học Tổng hợp và Viện Năng lượng và Bền vững Paula M. Trienens. Caroll Mendonca, cựu tiến sĩ. ứng cử viên trong phòng thí nghiệm của Aristilde, là tác giả đầu tiên của bài báo. Nghiên cứu bao gồm các cộng tác viên từ Đại học Chicago.

    'Không phải tất cả các con đường đều được tạo ra như nhau'

    Nghiên cứu mới được xây dựng dựa trên công việc đang diễn ra trong phòng thí nghiệm của Aristilde để hiểu cách đất lưu trữ – hoặc giải phóng – carbon. Mặc dù các nhà nghiên cứu trước đây thường theo dõi cách các hợp chất phân hủy từ thực vật di chuyển riêng lẻ qua vi khuẩn, nhưng thay vào đó, nhóm của Aristilde đã sử dụng hỗn hợp các hợp chất này để thể hiện những gì vi khuẩn tiếp xúc trong môi trường tự nhiên. Sau đó, để theo dõi các dẫn xuất thực vật khác nhau di chuyển như thế nào trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn, các nhà nghiên cứu đã gắn thẻ các nguyên tử carbon riêng lẻ bằng nhãn đồng vị.

    Aristilde cho biết: “Việc ghi nhãn đồng vị cho phép chúng tôi theo dõi các nguyên tử carbon cụ thể cho từng loại hợp chất bên trong tế bào. “Bằng cách theo dõi các tuyến đường carbon, chúng tôi có thể nắm bắt được đường đi của chúng trong quá trình trao đổi chất. Điều đó rất quan trọng vì không phải tất cả các con đường đều được tạo ra như nhau trong việc tạo ra carbon dioxide.”

    Ví dụ, cacbon đường trong cellulose di chuyển qua con đường glycolytic và pentose-phosphate. Những con đường này dẫn đến các phản ứng trao đổi chất chuyển đổi vật chất được tiêu hóa thành cacbon để tạo ra DNA và protein, tạo nên sinh khối của chính vi khuẩn. Nhưng các nguyên tử cacbon thơm, không đường từ lignin lại đi theo một con đường khác - thông qua chu trình axit tricarboxylic.

    Aristilde cho biết: “Chu trình axit tricarboxylic tồn tại ở mọi dạng sống. “Nó tồn tại trong thực vật, vi khuẩn, động vật và con người. Mặc dù chu trình này cũng tạo ra tiền chất của protein nhưng nó chứa một số phản ứng tạo ra CO 2 . Hầu hết CO 2  được hô hấp từ quá trình trao đổi chất đều xuất phát từ con đường này.”

    Mở rộng những phát hiện

    Sau khi theo dõi các lộ trình trao đổi chất, Aristilde và nhóm của cô đã thực hiện phân tích định lượng để xác định lượng CO 2  được tạo ra từ các loại thực vật khác nhau. Sau khi tiêu thụ hỗn hợp vật chất thực vật, vi khuẩn hít vào lượng CO 2  từ cacbon có nguồn gốc từ lignin nhiều gấp ba lần so với cacbon có nguồn gốc từ cellulose.

    Aristilde cho biết: “Mặc dù vi khuẩn tiêu thụ các loại cacbon này cùng một lúc, nhưng lượng CO 2  được tạo ra từ mỗi loại cacbon là không cân xứng”. “Đó là vì carbon được xử lý thông qua hai con đường trao đổi chất khác nhau.”

    Trong các thí nghiệm ban đầu, Aristilde và nhóm của cô đã sử dụng  Pseudomonas putida , một loại vi khuẩn đất phổ biến có khả năng trao đổi chất linh hoạt. Tò mò muốn biết liệu phát hiện của họ có áp dụng được cho các vi khuẩn khác hay không, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu dữ liệu từ các thí nghiệm trước đây trong tài liệu khoa học. Họ tìm thấy mối quan hệ tương tự mà họ đã phát hiện giữa vật chất thực vật, quá trình trao đổi chất và CO2 biểu  hiện ở các vi khuẩn đất khác.

    Aristilde cho biết: “Chúng tôi đề xuất một quan điểm hướng dẫn trao đổi chất mới để suy nghĩ về cách xử lý các cấu trúc carbon khác nhau mà vi khuẩn đất có thể tiếp cận được”. “Đó sẽ là chìa khóa giúp chúng tôi dự đoán điều gì sẽ xảy ra với chu trình carbon trong đất khi khí hậu thay đổi”.

    Tham khảo: “Dòng chảy CO2 không cân xứng trong con đường trao đổi chất của vi khuẩn đối với các chất hữu cơ khác nhau dẫn đến sự đóng góp thay đổi vào hiệu quả sử dụng carbon” của Caroll M. Mendonca, Lichun Zhang, Jacob R. Waldbauer và Ludmilla Aristilde, ngày 11 tháng 6 năm 2024,  Khoa học & Công nghệ Môi trường .

    Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
    FanPage:  https://www.facebook.com/Pacific-Group
    YouTube:  https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt 

    Zalo
    Hotline