Trái đất nóng lên ảnh hưởng đời sống vi sinh vật dưới đất

(khoahoc.tv) - Hiện tượng nóng lên toàn cầu có thể gây ảnh hưởng tới sự sống còn của các vi sinh vật đất, và gây ra các hậu quả hiện vẫn chưa rõ tới độ phì của đất và xói mòn.

Các nhà nghiên cứu thuộc trường Đại học bang Arizona, Mỹ, đã lần đầu phát hiện rằng nhiệt độ xác định các khu vực mà các vi sinh vật quan trọng có thể phát triển mạnh - các vi khuẩn đóng vai trò rất quan trọng trong việc hình thành tầng đất mặt ở các vùng đất khô cằn. Các nhà khoa học dự đoán rằng, chỉ trong vòng 50 năm nữa hiện tượng nóng lên toàn cầu có thể làm biến mất một số loài vi khuẩn khỏi nơi cư trú của chúng hiện tại trên các sa mạc lạnh giá của Mỹ, gây ra các hậu quả chưa lường trước được đối với độ phì và sự xói mòn đất.

Phát hiện này xuất hiện với tư cách là hình đại diện trên trang bìa của ấn bản hôm 28/6 của tạp chí Science.

Nhóm nghiên cứu quốc tế dẫn đầu bởi Ferran Garcia-Pichel - nhà vi sinh vật học, giáo sư trường Khoa học sự sống thuộc trường Đại học bang Arizona đã tiến hành khảo sát các quần thể vi sinh vật sống trong lớp đất bề mặt. Các nhà khoa học đã thu thập các mẫu đất mặt từ khu vực Oregon cho đến New Mexico, và từ Utah tới Califfornia và nghiên cứu các vi sinh vật trong các mẫu đất này dựa trên trình tự DNA của chúng.

Trong khi có hàng ngàn loài vi sinh vật trong một nhúm đất nhỏ, hai loại vi khuẩn lam - loại vi khuẩn có khả năng quang hợp - được xác định là loài phổ biến nhất. Thiếu khuẩn lam, các vi sinh vật khác trong đất không thể tồn tại được, các loài sinh vật khác phụ thuộc vào chúng về thức ăn và năng lượng.

“Chúng tôi đã muốn biết các loài vi sinh vật nào cư trú ở đâu trong đất và liệu chúng có đóng vai trò gì với các kiểu phân bố địa lý ở cấp châu lục hay không”, Garcia-Pichel nói. Pichel cũng là trưởng khoa Khoa học tự nhiên tại trường cao đẳng của Đại học bang Arizona. “Trước sự ngạc nhiên của chúng tôi, nơi mà chúng tôi từng nghĩ là một vi khuẩn lam duy nhất có thể chiếm ưu thế, chúng tôi lại tìm thấy hai vi khuẩn lam đã gọn gàng chia lãnh thổ giữa chúng. Chúng tôi từng nghĩ rằng một loài, có tên gọi Microcoleus vaginatus, là loài quan trọng nhất và chiếm ưu thế nhất, nhưng giờ thì chúng tôi biết rằng loài Microcoleus steenstrupii, một loài khác, cũng quan trọng như vậy, đặc biệt là tại các vùng khí hậu ấm áp”, ông bổ sung thêm. Trong khi hai loài này trông rất giống nhau, M.vaginatus và M.streenstrupii thực sự không có mối liên quan gần. Chúng đã tiến hóa để xuất hiện giống nhau vì hình dạng và hành vi của chúng giúp chúng làm ổn định đất và hình thành lên các lớp vỏ đất.

Lớp đất mặt là rất quan trọng đối với sự suy tồn của các hệ sinh thái trên các vùng đất khô cằn, khi chúng bảo về đất khỏi sự xói mòn và góp phần làm cho đất màu mỡ bằng cách bổ sung carbon và nitơ cho đất bằng cách phân hủy các chất dinh dưỡng khác từ những hạt bụi bị mắc kẹt trong đất.

Nhiệt độ gây ảnh hưởng tới các quần thể vi sinh vật. Sau khi xem xét các số liệu về các loại đất và các yếu tố khác về mặt hóa học, lượng mưa, khí hậu, thời tiết và nhiệt độ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một mô hình toán học, mô hình này đã cho thấy nhiệt độ là yếu tố giải thích tốt nhất cho sự phân chia về địa lý của hai vi sinh vật nói trên. Trong khi các nhà khoa học tìm thấy sự hiện diện của hai loài này ở các khu vực nghiên cứu, M.vaginatus thống trị lớp đất mặt tại các sa mạc mát mẻ hơn và M.steenstrupii lại có ưu thế hơn ở các vùng sa mạc phía nam. “Nhưng điều này chỉ là một tương quan”, Garcia-Pichel giải thích. “Để chứng minh vai trò của nhiệt độ, chúng tôi đã kiểm tra các hình thức nuôi cấy vi sinh vật và đã khẳng định được rằng nhiệt độ thực sự đã tạo ra sự khác biệt - nhiệt độ là yếu tố đã giữ hai loài vi khuẩn ở xa nhau. Điểm mấu chốt ở đây là nhiệt độ sẽ không còn ổn định nữa vì hiện tượng ấm lên toàn cầu”.

Tại phía tây nam Mỹ, nơi mà nghiên cứu này diễn ra, các mô hình khí hậu dự đoán nhiệt độ sẽ tăng khoảng 1 độ sau mỗi thập kỷ. Bằng cách sử dụng các số liệu của chúng tôi với các mô hình khí hậu hiện tại, chúng tôi có thể dự đoán rằng trong 50 năm tới, các vi khuẩn lam, loại mà sống tốt hơn khi nhiệt độ ấm hơn sẽ đẩy loại vi khuẩn lam ưa lạnh ra khỏi bản đồ của chúng ta. Lúc đó thì M.steenstrupii có thể hoàn toàn chiếm ưu thế trong vỏ trái đất ở khắp nơi mà chúng tôi đã nghiên cứu. Thật không may, chúng ta chưa biết nhiều về loài vi sinh vật này và điều gì sẽ xảy ra với hệ sinh thái nếu không còn loài M.vaginatus, Garcia-Pichel bổ sung thêm. Nếu sự phân bố vi khuẩn thực sự bị thay đổi do nhiệt độ tăng, các nhà khoa học cũng chưa dự đoán được những hậu quả có thể xảy ra đối với khả năng canh tác của đất và sự xói mòn.

Cá vi khuẩn này là hàng trăm triệu năm tuổi và có thể tìm thấy chúng tại rất nhiều nơi trên toàn cầu. Các cá thể vi khuẩn M.vaginatus tại bất cứ nơi nào trên trái đất đều có quan hệ di truyền chặt chẽ với nhau và thực tế không thể phân biệt về mặt di truyền giữa chúng. Ngược lại, sự thay đổi cá thể trong M.steenstrupii là lớn hơn, và đây là loài có tính đa dạng di truyền lớn hơn và được cho rằng là loài cổ hơn về mặt tiến hóa.

Garcia-Pichel tin rằng mô hình của sự phân bố về nhiệt độ được phát hiện tại Mỹ cũng có thể là chung trên toàn thế giới và sẽ không dễ mà M.vaginatus có thể phát triển đủ nhanh để chống chịu nổi khi nhiệt độ tăng.

Nhóm nghiên cứu đang kêu gọi các nhà nghiên cứu biến đổi khí hậu đưa những nghiên cứu về vi sinh vật khi xem xét sự nóng lên toàn cầu.

“Nghiên cứu của chúng tôi không chỉ liên quan đến sinh thái vùng sa mạc. Nghiên cứu này minh họa rằng sự phân bố của vi sinh vật và các phân vùng môi trường sống của chúng có thể bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu toàn cầu, chúng ta đều đã biết ảnh hưởng của biến đổi khi hậu lên cây trồng và vật nuôi. Nghiên cứu này nhắc chúng ta rằng chúng ta không thể bỏ quên vi sinh vật trong mối quan tâm của loài người”, Garcia-Pichel nói. Nhóm nghiên cứu gồm Yevgeniy Marusenko, sinh viên tốt nghiệp khoa Khoa học sự sống của trường đại học bang Arizona và nhà nghiên cứu kỹ thuật Ruth Potrafka. Giáo sư Pilar Mateo và sinh viên tốt nghiệp Virginia Loza, cả hai đến dừ trường Universidad Autónoma de Madrid đã đóng góp cho dự án với tư cách là các giáo sư thỉnh giảng. Dự án này được tài trợ bởi học bổng của quỹ khoa học quốc gia Mỹ (National Science Foundation).