Vi khuẩn Seed Ocean với các gói giàu dinh dưỡng

Theo một nghiên cứu mới, sinh vật quang hợp phong phú nhất trên thế giới đã đổ vô số túi nhỏ vào đại dương, có thể có tác động mạnh mẽ đến hệ sinh thái biển. Những chồi vi sinh vật này chứa protein và vật liệu di truyền, có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của các vi khuẩn biển khác và thậm chí bảo vệ chúng chống lại virus.

Các đại dương bao gồm hệ sinh thái lớn nhất thế giới và các sinh vật có tế bào vi khuẩn lam có được năng lượng của chúng thông qua quá trình quang hợp - giống như nhóm đá chính. Một loại vi khuẩn lam, Prochlorococcus, là sinh vật quang hợp có nhiều nhất trên hành tinh, với số lượng lên tới hàng tỷ tỷ. Những sinh vật nhỏ bé này chiếm khoảng 10% tổng số quang hợp trên Trái đất, tạo thành nền tảng của chuỗi thức ăn và cung cấp khí quyển cho oxy. Giờ đây, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) do nhà hải dương học sinh học Sallie Chisholm dẫn đầu đã phát hiện ra rằng vi khuẩn lam có thể đóng vai trò thậm chí còn lớn hơn trong hệ sinh thái so với suy nghĩ trước đây.

Trong một bài báo được công bố trực tuyến ngày hôm nay trên tạp chí Khoa học, nhóm của Chisholm báo cáo rằng vi khuẩn lam tiết ra các túi tinh, túi màng bao quanh đại dương xung quanh. Chisholm lần đầu tiên quan sát các mụn nước vào năm 2008 khi một trong những sinh viên tốt nghiệp của cô, Anne Thompson, phát hiện ra những chồi nhỏ trên bề mặt Prochlorococcus dưới kính hiển vi điện tử. Blebs, chúng tôi đã gọi chúng, Chisholm nhớ lại, giống như những bong bóng nhỏ. từ các loài khác. Ông đã xác nhận điều này bằng cách cô lập các nhịp và kiểm tra chúng kỹ hơn dưới kính hiển vi điện tử. Các mụn nước ít nhất cũng phong phú như chính vi khuẩn.

Những quan sát ban đầu được thực hiện trên vi khuẩn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm và có thể không nhất thiết phải áp dụng cho các vi khuẩn hoang dã. Do đó, Biller đã đi ra ngoài cánh đồng, thu thập hàng trăm lít nước biển từ bờ biển Massachusetts và từ biển Sargasso gần Bermuda. Ông tìm thấy các mụn nước trong các mẫu này giống như các mẫu trong môi trường nuôi cấy. Phân tích nội dung blebs cho thấy một loạt các phân tử sinh học: protein, DNA và RNA. Trình tự DNA tiết lộ rằng nó đến từ nhiều loại vi khuẩn, không chỉ Prochlorococcus . Do đó, các mụn nước này dường như là một đặc điểm chung của các vi sinh vật biển.

Bởi vì chúng rất phong phú và vì chúng chứa nhiều phân tử sinh học khác nhau, những túi này tạo thành một nguồn đáng kể carbon, nitơ và phốt pho mà các sinh vật khác có thể ăn. Thật vậy, Chisholm và các đồng nghiệp của cô đã chỉ ra rằng các vi khuẩn không quang hợp khác có thể phát triển bằng cách sử dụng các túi vi khuẩn lam làm nguồn carbon duy nhất của chúng. "Đó là loại gọn gàng", Marvin Whiteley, một nhà vi trùng học tại Đại học Texas, Austin, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết. Nó thực sự thay đổi cách chúng ta nghĩ về hệ sinh thái biển và cách chúng được thiết lập và cách cung cấp chất dinh dưỡng.

Một hậu quả lớn khác của phát hiện này là, theo cách nói của Biller, đó là cách hỏi nhiều câu hỏi hơn là trả lời. Có lẽ câu hỏi mới lớn nhất là tại sao vi khuẩn sản xuất các mụn nước này ở nơi đầu tiên. Các tác giả đưa ra một vài giả thuyết. Đầu tiên, vi khuẩn lam được hưởng lợi từ việc sống giữa các loại vi khuẩn khác. Cung cấp mụn nước làm thức ăn cho các vi khuẩn khác sẽ khuyến khích sự sắp xếp cuộc sống này. Ngoài ra, vì các túi chứa DNA, chúng có thể tạo điều kiện trao đổi vật liệu di truyền giữa các vi khuẩn riêng lẻ, một quá trình được gọi là chuyển gen ngang. Cuối cùng và có lẽ thú vị nhất, các mụn nước có thể giúp chống lại virus. Nhóm của Chisholm đã chỉ ra rằng khi các virus được biết là tấn công vi khuẩn lam được trộn lẫn với các mụn nước, các virut bám vào các túi và dường như lây nhiễm cho chúng như thể các mụn nước là tế bào sống. Do đó, các tác giả suy đoán rằng các túi này có thể hoạt động như các mồi nhử tế bào, đánh lạc hướng virus để chúng không lây nhiễm vi khuẩn lam.

Dù mục đích của chúng là gì, những mụn nước này cho thấy chúng ta vẫn còn nhiều điều phải tìm hiểu về cuộc sống ở các đại dương. Chúng tôi đã không bắt đầu nghiên cứu về vấn đề này, thì Chisholm nói, nhưng nhưng Prochlorococcus luôn đặt mọi thứ trước mặt chúng tôi để nghiên cứu.