Một nghiên cứu mới của Đại học Colorado Boulder đã hồi sinh và nuôi cấy các vi khuẩn bị kẹt trong băng vĩnh cửu Alaska từ 40.000 năm trước. Kết quả cho thấy sau vài tháng ủ ở nhiệt độ mùa hè Bắc Cực, vi khuẩn hình thành màng sinh học và có thể giải phóng khí nhà kính.
Điểm nổi bật:
- Nhóm nghiên cứu đã hồi sinh các vi khuẩn hàng chục nghìn năm từ băng vĩnh cửu.
- Vi khuẩn từ permafrost bắt đầu phát triển mạnh sau vài tháng ủ ở nhiệt độ mùa hè Bắc Cực.
- Quá trình tan băng vĩnh cửu có thể kích hoạt vi khuẩn giải phóng CO2 và khí nhà kính.
- Nghiên cứu được thực hiện trong Hầm Permafrost của Bộ Quân sự Mỹ tại Alaska.
- Tốc độ phát triển của vi khuẩn ban đầu rất chậm, nhưng sau 6 tháng đạt mức hình thành màng sinh học rõ rệt.
Trong một nghiên cứu mới, một nhóm địa chất và sinh học do CU Boulder dẫn đầu đã hồi sinh các vi khuẩn cổ bị mắc kẹt trong băng—trong một số trường hợp lên tới khoảng 40.000 năm.
Đây là minh chứng cho sức mạnh của tầng băng vĩnh cửu. Tầng băng vĩnh cửu là hỗn hợp đông cứng của đất, băng và đá, bao trùm gần một phần tư diện tích đất liền ở bán cầu Bắc. Nơi đây như nghĩa địa băng giá lưu giữ xác động vật, thực vật và vô số vi khuẩn cùng các vi sinh vật khác, dường như bị đóng băng theo thời gian.
Nhưng điều đó chỉ đúng cho đến khi các nhà khoa học tò mò cố gắng đánh thức chúng.
Nhóm nghiên cứu phát hiện rằng nếu làm tan băng vĩnh cửu, các vi khuẩn bên trong sẽ mất một thời gian để hoạt động trở lại. Nhưng sau vài tháng, như thể tỉnh giấc sau một giấc ngủ dài, chúng bắt đầu hình thành những quần thể phát triển mạnh mẽ.
"Đây không phải là những mẫu vật đã chết theo bất kỳ cách nào," Tristan Caro, tác giả chính của nghiên cứu và cựu nghiên cứu sinh thạc sĩ ngành khoa học địa chất tại CU Boulder, cho biết. "Chúng vẫn hoàn toàn có khả năng duy trì sự sống, phân hủy vật chất hữu cơ và giải phóng nó dưới dạng carbon dioxide."
Caro và các đồng nghiệp đã công bố kết quả trong tạp chí Journal of Geophysical Research: Biogeosciences vào tháng 9 vừa qua.
Nghiên cứu này có ý nghĩa rộng lớn đối với sức khỏe của vùng Bắc Cực và toàn cầu, theo Sebastian Kopf, đồng tác giả công trình.
Hiện nay, tầng băng vĩnh cửu trên thế giới đang tan chảy với tốc độ báo động vì biến đổi khí hậu do con người gây ra. Các nhà khoa học lo ngại xu hướng này có thể tạo ra vòng phản hồi. Khi băng vĩnh cửu tan, vi khuẩn trong đất sẽ phân hủy vật chất hữu cơ, thải vào khí quyển carbon dioxide và methane — cả hai đều là khí nhà kính mạnh.
"Đây là một trong những ẩn số lớn nhất về phản ứng khí hậu," Kopf, giáo sư khoa học địa chất tại CU Boulder, nói. "Tan chảy bao nhiêu diện tích tầng băng, nơi chứa lượng carbon khổng lồ, sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hệ sinh thái và tốc độ biến đổi khí hậu?"
Giấc ngủ dài
Các nhà nghiên cứu đã đến một địa điểm độc đáo: Hầm Permafrost của Quân đoàn Kỹ sư Lục quân Mỹ tại Fairbanks, Alaska. Cơ sở này đào sâu hơn 350 feet vào lòng đất đóng băng.
Khi Caro bước vào hầm, anh có thể nhìn thấy xương của bò rừng và voi ma mút cổ thò ra từ vách đá.
"Điều đầu tiên bạn nhận thấy khi bước vào là mùi rất khó chịu. Nó giống như một tầng hầm ẩm mốc bị bỏ quên quá lâu," Caro, nay là nghiên cứu viên sau tiến sĩ tại Viện Công nghệ California (Caltech), chia sẻ. "Với nhà vi sinh vật học, mùi thú vị thường bắt nguồn từ vi sinh vật."
Robyn Barbato từ Phòng thí nghiệm Nghiên cứu và Kỹ thuật Vùng Lạnh khoan mẫu từ vách Hầm Permafrost. Nguồn: Tristan Caro
Trong nghiên cứu, các mẫu băng vĩnh cửu có niên đại từ vài nghìn đến hàng chục nghìn năm được thu thập từ vách hầm. Sau đó, nhóm nghiên cứu thêm nước và ủ ở nhiệt độ 4–12°C — lạnh so với con người, nhưng rất ấm so với Bắc Cực.
Mùa hè Bắc Cực
Kết quả thu được khá bất ngờ.
Trong vài tháng đầu, các quần thể vi khuẩn phát triển rất chậm, chỉ thay thế khoảng một trong 100.000 tế bào mỗi ngày. Trong phòng thí nghiệm, hầu hết vi khuẩn có thể hoàn toàn tái tạo chỉ trong vài giờ.
Nhưng đến tháng thứ sáu, tình hình đã thay đổi rõ rệt. Một số quần thể còn tạo ra cấu trúc nhầy gọi là "màng sinh học" mà có thể quan sát bằng mắt thường.
Caro cho biết các vi khuẩn này có thể không gây nhiễm trùng cho con người, nhưng nhóm nghiên cứu vẫn giữ chúng trong buồng kín.
Họ cũng nhận thấy tốc độ hoạt động không nhanh hơn đáng kể ở nhiệt độ cao hơn. Kết quả này gợi ý rằng sau một đợt nắng nóng, cần vài tháng để vi khuẩn đủ mạnh thải khí nhà kính với khối lượng lớn.
Nói cách khác, mùa hè kéo dài càng lâu, rủi ro đối với hành tinh càng lớn.
"Bạn có thể chỉ trải qua một ngày nắng nóng ở Alaska, nhưng điều quan trọng hơn là mùa hè kéo dài đến mùa thu và mùa xuân," Caro nói.
Anh cũng nhấn mạnh vẫn còn nhiều câu hỏi mở về loài vi khuẩn cổ này, ví dụ chúng có hoạt động giống nhau ở các khu vực khác trên thế giới hay không.
"Trên thế giới có rất nhiều băng vĩnh cửu — ở Alaska, Siberia và các vùng Bắc lạnh khác," Caro cho biết. "Chúng tôi mới chỉ lấy mẫu từ một phần rất nhỏ."
Nhìn từ góc độ Việt Nam
Việc tầng băng vĩnh cửu tan chảy ngày càng nhanh do biến đổi khí hậu cũng mang đến những cảnh báo cho Việt Nam. Mặc dù nước ta không có permafrost, sự gia tăng khí nhà kính từ vùng Bắc Cực sẽ góp phần làm trầm trọng thêm hiện tượng ấm lên toàn cầu, dẫn đến mực nước biển dâng cao, xói mòn bờ biển và nguy cơ lũ lụt gia tăng. Đồng thời, biến động khí hậu có thể ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp, an ninh nguồn nước và sức khỏe cộng đồng. Để giảm thiểu rủi ro, Việt Nam cần đẩy mạnh chuyển đổi năng lượng sạch, tăng cường trồng rừng, cải thiện hệ thống cảnh báo sớm và hợp tác quốc tế nghiên cứu giảm phát thải khí nhà kính.
