Nhóm nghiên cứu thuộc đại học Colorado tại Boulder làm việc tại độ cao 16.400 phút trên dãy Andes, Pêru đã phát hiện việc làm thế nào vùng đất cằn cỗi, trơ ra sau khi những dòng nước giá lạnh đã rút, lại có thể nhanh chóng hình thành cộng đồng các loài vi khuẩn thịnh vượng, tạo điều kiến phát triển cho địa y, rêu và các loại thực vật núi cao khác.
Đây là phát hiện đầu tiên tiết lộ làm thế nào vi khuẩn có thể sinh sống phát triển tại một trong những môi trường khắc nghiệt nhẩt trên Trái Đất, và đồng thời có ý nghĩa trong việc giải thích sự sống có thể tồn tại trên sao Hỏa, giáo sư Steve Schmidt thuộc Khoa sinh thái và sinh học tiến hóa tại CU-Boulder cho biết. Nghiên cứu cung cấp kiến thức mới về khả năng thích nghi của vi sinh vật đối với hiện thượng ấm lên toàn cầu trong hệ sinh thái hàn đới trên Trái Đất.
Một bài báo về đề tài này được công bố trên Proceedings of the Royal Society B, Học viện khoa học quốc gia, vương quốc Anh. Các tác giả bao gồm, Sasha Reed, Diana Nemergut, Stuart Grandy, Andrew Hill, Elizabeth Costello, Allen Meyer, Jason Neff và Andrew Martin thuộc CU-Boulder, cùng Cory Cleveland thuộc đại học Montana, và Michael Weintraub thuộc đại học Toledo.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ba loại vi khuẩn quang hợp được gọi là cyanobacteria, sinh sống ở vùng đất cằn cỗi này trong năm đầu tiên, rơi ra từ những túi rác nhỏ bám vào sông băng đang rút dần hoặc được thổi tới ở dạng bào tử. Chỉ 3 năm sau đã có 20 loài vi khuẩn khác nhau, phát triển bằng cách sử dụng thể khí cácbon và nitơ trong không khí.
“Phát hiện đáng kinh ngạc nhất là sự đa dạng phát triển chỉ trong 4 năm trên vùng đất tưởng chừng như cằn cỗi”, Schimidt, nghiên cứu của ông được Chương trình khảo sát vi khuẩn của Quỹ khoa học quốc gia tài trợ. Nhóm nghiên cứu CU-Boulder thực hiện nghiên cứu từ năm 2000 đến năm 2005 trên dòng sông băng Puca tại Pêru – gần đây đã cao lên 60 phút một năm – bằng cách thu thập mẫu vật và kiểm tra thành phần hóa học và độ rắn của đất.
Nghiên cứu của đại học Colorado tại Boulder về vi khuẩn bên dưới dòng sông băng Puca ở độ cao 16.400 phút trên đỉnh Andes, Pêru lần đầu tiên cho thấy làm cách nào sự sống được hình thành và phát triển trong một trong những môi trường khắc nghiệt nhất trên Trái Đất. |
Năm 2005, nhóm nghiên cứu của Schmidt được trao tặng khoản tài trợ của NSF trị giá 1.75 triêu đôla trong vòng năm năm để nhận biết và phân tích những vi khuẩn mới trong khoa học sinh sống ở những vùng khí hậu lạnh và khắc nghiệt trên toàn cầu. Nhóm nghiên cứu sử dụng một kỹ thuật mới để chiết AND từ đất nhằm xác định những nhóm vi khuẩn mới và chuỗi phản ứng polymerase, hoặc PCR, để phóng đại và nhân biết chúng, cung cấp hiểu biết về sự đa dạng của vi khuẩn trong những khu vực núi cao.
Một phát hiện bất ngờ khác trên sông băng Puca là việc làm cách nào vi khuẩn ổn định đất và ngăn chặn sự xói mòn trên đoạn dốc bằng cách sử dụng cấu trúc sợi của mình để kéo các phần tử đất lại với nhau. Các nhà nghiên cứu CU-Boulder đồng thời phát hiệ rằng vi khuẩn tiết ra hợp chất đường giống như keo để liên kết các phần tử đất với nhau.
Thêm vào đó, họ phát hiện rằng tỷ lệ ngưng kết nitơ – quá trình khí nitơ được vi khuẩn chuyền hóa thành các hợp chất trong đất như amoniac và nitrat – tăng gấp 100 lần trong 5 năm đầu tiên. Nhóm nghiên cứu viết trên Proceedings of the Royal Academy: “Kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng những vi khuẩn quang hợp và ngưng kết nitơ có vai trò quan trọng trong việc làm mầu mỡ và củng cố trình tự sinh thái ở vùng đất gần những sông băng đang rút dần trên địa hình núi cao”.
Thay đổi khí hậu toàn cầu đã đẩy nhanh nhịp độ co lại của sông băng trong môi trường núi cao và vĩ độ cao, để lộ ra những vùng đất hoàn toàn không có sự sống trong nhiều thế kỷ hoặc thiên niên kỷ, Ông so sánh Andes với Thung lũng khô khắc nghiệt tại Nam Cực, các nhà nghiên cứu từ Học viện sinh vật học vũ trụ của NASA hiện đang tiến hành nghiên cứu khu vực này vì điều kiện khắc nghiệt ở đó được cho là tương tự với sao Hỏa.
Schmidt cho biết: “Loại nghiên cứu như thế này giúp chúng ta hiểu chức năng của những vùng lạnh giá trên Trái Đất, và sự phản ứng của sinh quyển đối với sự thay đổi khí hậu trong tương lai”. Nghiên cứu có thể dẫn tới sự phát hiện ra loại thuốc kháng sinh mới, cũng như các enzim có thể hoạt động ở nhiệt độ lạnh và có thể được sử dụng để thúc đẩy phản ứng hóa học thường cần một lượng nhiệt lớn.
Vì sự thay đổi khí hậu nhanh chóng ở những vùng có độ cao lớn, thời gian là vấn đề cốt yếu đối với các nhà nghiên cứu của CU-Boulder và những nơi khác đang làm việc với vi sinh vật trong môi trường khắc nghiệt. Schmidt giải thích: “Chúng ta đang chạy đua để nhận biết các loài mới và đưa chúng vào phòng thí nghiệm trước khi những thay đổi lớn hơn xuất hiện và chúng biến mất”.