Tuyến trùng có vai trò đặc biệt gì mà nữ tiến sĩ Việt dành cả thập kỉ để giải mã?

Dành 10 năm thu thập mẫu vật, nghiên cứu về tuyến trùng của TS Nguyễn Thị Ánh Dương và các cộng sự đã được đăng tải trên Tạp chí Nature uy tín.

Dù nhỏ bé nhưng tuyến trùng là một phần rất quan trọng của sinh quyển trên cạn hay dưới nước. Đây là loài động vật có số lượng phong phú nhất trên Trái Đất nhưng phong phú đến cỡ nào thì vẫn chưa có ai thật sự biết được chính xác. TS Nguyễn Thị Ánh Dương cùng nhóm các nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đã dành một thập niên để giải mã bí ẩn về quần thể sinh vật này.

TS Nguyễn Thị Ánh Dương là đồng tác giả của công trình nghiên cứu lớn nhất từ trước đến nay về tuyến trùng học.

Gần 7.000 mẫu đất từ mọi ngóc ngách trên hành tinh

Để thực hiện nghiên cứu, nhóm các nhà khoa học đã lấy 6.759 mẫu đất đại diện cho mọi lục địa với 73 vùng khí hậu và tiểu khí hậu khác nhau. Mẫu đất được lấy ở chiều sâu 15cm dưới bề mặt, là vùng hoạt động sinh học mạnh nhất và tập trung mật độ tuyến trùng nhiều nhất.

Mẫu vật thu về được quan sát qua kính hiển vi hiện đại nhằm phân tích mật độ của từng loại tuyến trùng, từ đó tạo ra một cơ sở dữ liệu quy mô toàn cầu. Phần mềm thống kê được sử dụng để xác định mức độ phong phú và đa dạng của từng loại tuyến trùng, chỉ ra sự liên quan với các điều kiện khí hậu, đất đai và thảm thực vật tại mỗi địa điểm mẫu.

Cận cảnh tuyến trùng dưới kính hiển vi điện tử quét (SEM). Các loài gồm: Ảnh A, Tricironema tamdaoensis; Ảnh B: Acrobeloides topali. (Ảnh C: Acrobeloides topali).

Từ một mẫu đất nhỏ tượng trưng cho từng vùng đất, vùng khí hậu, nhóm nghiên cứu lập mô hình dự đoán quần thể tuyến trùng cho mỗi cây số vuông, tạo ra bản đồ đầu tiên có độ phân giải cao và độ chi tiết sâu cho cả thế giới về mật độ tuyến trùng trong đất cùng vai trò và chức năng của chúng.

Kết quả nghiên cứu đã cho thấy một cái nhìn hoàn toàn khác về quần thể tuyến trùng, đưa ra những con số mà chưa từng ai biết trước đây. Cụ thể, tuyến trùng tập trung nhiều tại những nơi có vĩ độ cao: 38,7% tồn tại trong các khu rừng ôn đới phương bắc và lãnh nguyên trên khắp Bắc Mỹ, Scandinavia hay Nga; 24,5% ở vùng ôn đới hay vùng có vĩ độ thấp hơn; và chỉ 20,5% ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như tại Việt Nam.

Mật độ tuyến trùng trên 100 gram đất phân bố ở khắp thế giới. Màu đen tím cho thấy có khoảng 100 cá thể trong 100 gram đất mẫu thu thập, trong khi màu vàng sáng nhất tương ứng với hơn 19.000 cá thể trong đơn vị đất đó.

Nghiên cứu cũng chỉ ra, tổng số lượng tuyến trùng trên hành tinh là vào khoảng 4,4 ± 0,64 × 10^20 cá thể và tổng sinh khối đạt khoảng 300 triệu tấn – tương đương 80% tổng trọng lượng của 7,7 tỷ người hay nói cách khác là đạt khoảng 80% dân số loài người trên thế giới.

Quần thể sinh vật bên dưới mỗi bước chân người

Lấp đầy mọi chuỗi thức ăn từ trên bờ đến xuống nước, tuyến trùng là một phần quan trọng không thể chối cãi trong hệ sinh thái toàn cầu; tuyến trùng ăn vi khuẩn, nấm, thực vật và các sinh vật đất khác rồi thải ra các vật chất khoáng hóa, tham gia luân chuyển carbon trong đất.

Hoạt động này giúp đất đai được cải tạo và tạo ra khoáng chất, carbon còn giúp cho cây sinh trưởng. Tuyến trùng thường hoạt động mạnh hơn khi nhiệt độ tăng lên, do đó quần thể tuyến trùng ở Bắc Cực và vùng cận Bắc Cực được sử dụng như một công cụ để đánh giá và thể hiện mức độ nhạy cảm của khí hậu khi nhiệt độ của vùng nóng lên.

Tuyến trùng đóng vai trò mắc xích trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái, sự thiếu vắng của chúng sẽ gây ra hậu quả rất lớn cho hệ sinh thái trên hành tinh.

“Đây là nghiên cứu đầu tiên có mức độ chi tiết và đánh giá sâu sắc nhất về vai trò và chức năng của nhóm động vật nhỏ bé và nhạy cảm này. Sinh thái học phần lớn nghiên cứu và tập trung vào các phần “nhìn thấy” như: thực vật, động vật cỡ lớn như hươu, nai, bò sát, ếch nhái,... mà thường bỏ qua sự đa dạng rất lớn và quan trọng của những sinh vật nhỏ bé không nhìn thấy bằng mắt thường sống trong đất, mà ở đây ví dụ như nhóm tuyến trùng.

Khám phá về tuyến trùng như mở ra một thế giới rộng lớn ẩn giấu ngay dưới chân mà chúng ta gần như không hề biết đến. Vì thế nghiên cứu này của chúng tôi về cơ bản giúp chúng ta thay đổi sự hiểu biết của con người về chúng, về sự phân bố của các nhóm tuyến trùng và chức năng của chúng trong sinh thái”, TS Ánh Dương cho biết.

Vị trí các nơi được thu thập mẫu đất phục vụ cho nghiên cứu.

Chia sẻ thêm về nghiên cứu, TS Ánh Dương cho biết nhóm của cô lấy 100 gram đất tập trung vào 15 cm độ sâu bên dưới bề mặt vì đây là vùng tập trung đông đúc tuyến trùng nhất và cũng là khu vực hoạt động mạnh mẽ nhất của loài này. Từ gần 7.000 mẫu đất thu thập được, quần thể sinh vật nhỏ bé đã hiện ra trước mắt con người một cách gần gũi hơn bao giờ hết.

Những loài vật tí hon dự báo biến đổi khí hậu

Tuyến trùng tham gia quá trình luân chuyển carbon trong đất. Trong khi đó để hiểu biết về khí hậu và dự báo biến đổi khí hậu, chúng ta cũng cần có kiến thức về chu trình carbon và chuỗi dinh dưỡng ở quy mô toàn cầu. Một cách gián tiếp, nghiên cứu này có thể dự đoán được về khí hậu của hành tinh.

“Để dự báo về tình trạng biến đổi khí hậu, chúng ta đã có nhiều hiểu biết về lý tính và hóa tính của hành tinh, nhưng chúng ta biết rất ít về các sinh vật điều khiển quá trình này ở khía cạnh sinh học. Rõ ràng những sinh vật nhỏ bé này không chỉ đóng vai trò mắc xích trong chuỗi thức ăn mà còn ‘nắm quyền’ kiểm soát khí hậu của hành tinh chúng ta qua quá trình chuyển hóa carbon.

Nghiên cứu của chúng tôi sẽ giúp các nhà khoa học đưa ra dự đoán tốt hơn về chu trình carbon bằng cách phát triển các mô hình phản ánh tác động của các sinh vật đất mà đặc biệt là nhóm tuyến trùng. Nó cũng sẽ cho phép các nhà quản lý đất đai đưa ra quyết định đúng đắn trong cuộc chiến chống mất mát đa dạng sinh học và biến đổi khí hậu bằng cách xác định các loại đất cần được phục hồi”, TS Ánh Dương cho biết.

Nghiên cứu này được đồng thực hiện bởi 70 nhà khoa học hàng đầu về lĩnh vực tuyến trùng học từ 57 phòng thí nghiệm trên khắp thế giới. Đây là một trong những bộ cơ sở dữ liệu khoa học đồ sộ nhất từ trước tới nay và là bộ dữ liệu đầy đủ nhất trong lịch sử ngành tuyến trùng học.

TS Nguyễn Thị Ánh Dương (thứ hai từ phải qua) nhận Giải thưởng Khoa học công nghệ Thanh niên Quả Cầu Vàng 2017. (Ảnh: VNU).