Tin tức Vũ trụ TV

Vi khuẩn hiện đại cung cấp manh mối vào đại dương cổ

Ngày:
Th1 07, 2021
Tóm lược:

Khoảng hai tỷ năm trước, vi sinh vật được gọi là vi khuẩn lam đã biến đổi cơ bản toàn cầu. Các nhà nghiên cứu hiện đang quay lại thời điểm quan trọng đó trong lịch sử Trái đất.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Hai tế bào vi khuẩn lam phân chia dưới kính hiển vi. Tế bào bên trái có các carboxysomes, các ngăn nhỏ tập trung các phân tử carbon dioxide và một số enzym (màu xanh lá cây), trong khi tế bào bên phải được biến đổi gen để thiếu các cấu trúc này. (Nhà cung cấp hình ảnh: Nicholas C. Hill và Jeffrey C. Cameron)
Hai tế bào vi khuẩn lam phân chia dưới kính hiển vi. Tế bào bên trái có các carboxysomes, các ngăn nhỏ tập trung các phân tử carbon dioxide và một số enzym (màu xanh lá cây), trong khi tế bào bên phải được biến đổi gen để thiếu các cấu trúc này.
(Nhà cung cấp hình ảnh: Nicholas C. Hill và Jeffrey C. Cameron)

Các nhà khoa học tại Đại học Colorado Boulder đã phát hiện ra rằng một loại sinh vật đơn bào sống trong các đại dương ngày nay có thể có nhiều điểm chung với các dạng sống tồn tại hàng tỷ năm trước – và điều đó đã biến đổi về cơ bản hành tinh.

Nghiên cứu mới xuất hiện vào ngày 6 tháng 1 trên tạp chí Science Advances , là nghiên cứu mới nhất nhằm thăm dò sự sống của loài vi khuẩn hoạt động chăm chỉ nhất trong tự nhiên: vi khuẩn lam.

Những sinh vật đơn bào quang hợp này còn được gọi là “tảo xanh lam”, có thể được tìm thấy trong hầu hết các vùng nước lớn ngày nay. Nhưng hơn 2 tỷ năm trước, chúng đã đóng một vai trò cực kỳ quan trọng trong lịch sử sự sống trên Trái đất: Trong thời kỳ được gọi là “Sự kiện oxy hóa vĩ đại”, vi khuẩn lam cổ đại đã tạo ra một lượng khí oxy đột ngột, và đáng kinh ngạc.

“Chúng tôi nhận thấy sự thay đổi hoàn toàn về hóa học của đại dương và khí quyển, điều này cũng làm thay đổi quá trình tiến hóa của sự sống”, Sarah Hurley, tác giả nghiên cứu sau tiến sĩ tại khoa Địa chất và Hóa sinh, cho biết. “Ngày nay, tất cả các loài động vật bậc cao đều cần oxy để tồn tại.”

Cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa biết những vi sinh vật nền tảng này có thể trông như thế nào, nơi chúng sống hay điều gì đã kích hoạt sự biến đổi của chúng trên địa cầu.

Nhưng Hurley và các đồng nghiệp của cô ấy nghĩ rằng họ có thể đã tiến gần hơn đến câu trả lời bằng cách dựa trên các nghiên cứu về vi khuẩn lam biến đổi gen và tự nhiên. Nhóm nghiên cứu báo cáo rằng những vi khuẩn cổ đại này có thể đã trôi nổi tự do trong một đại dương mở và giống với một dạng sống hiện đại được gọi là vi khuẩn lam beta.

Nghiên cứu chúng, các nhà nghiên cứu cho biết, đưa ra một cánh cửa dẫn đến thời kỳ các sinh vật đơn bào thống trị Trái đất.

“Nghiên cứu này đã cho chúng tôi cơ hội duy nhất để hình thành và kiểm tra các giả thuyết về Trái đất cổ đại có thể trông như thế nào và những sinh vật cổ đại này có thể là như thế nào”, đồng tác giả Jeffrey Cameron, một trợ lý giáo sư hóa sinh cho biết thêm.

Hít thở

Chúng ta vẫn có thể đưa ra trường hợp vi khuẩn lam thống trị hành tinh. Hurley lưu ý rằng những sinh vật này hiện tạo ra khoảng 1/4 lượng oxy đến từ các đại dương trên thế giới.

Một bí mật cho sự thành công của chúng có thể nằm ở carboxysomes – hoặc các ngăn nhỏ, lót protein trôi nổi bên trong tất cả các vi khuẩn lam sống. Các túi này rất quan trọng đối với sự sống của những sinh vật này, cho phép chúng tập trung các phân tử carbon dioxide trong tế bào của chúng.

Hurley cho biết: “Khả năng cô đặc carbon cho phép vi khuẩn lam sống ở những nơi có nồng độ carbon dioxide thực sự thấp, trong bối cảnh lịch sử Trái đất.”

Trước Sự kiện Ôxy hóa Lớn, đó là một câu chuyện khác. Mức độ carbon dioxide trong khí quyển có thể gấp 100 lần so với ngày nay và oxy gần như không tồn tại. Vì lý do đó, nhiều nhà khoa học từ lâu đã cho rằng vi sinh vật cổ đại không cần carboxysomes để tập trung carbon dioxide.

Bà nói: “Vi khuẩn lam đã tồn tại ở một dạng nào đó trong hơn hai tỷ năm lịch sử của Trái đất. “Chúng có thể thực sự khác với vi khuẩn lam ngày nay.”

Để tìm hiểu xem chúng giống nhau như thế nào, các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy những chiếc lọ chứa đầy vi khuẩn lam có màu xanh lục sáng trong những điều kiện giống như trên Trái đất cách đây 2 tỷ năm.

Hurley giải thích rằng các loại vi khuẩn lam khác nhau thích tiêu hóa các dạng khác nhau, hay “đồng vị” của các nguyên tử cacbon. Kết quả là, khi chúng phát triển, chết đi và phân hủy, các sinh vật để lại những dấu hiệu hóa học khác nhau trong đá trầm tích cổ đại.

Bà nói: “Chúng tôi nghĩ rằng vi khuẩn lam đã có từ hàng tỷ năm trước. “Bây giờ, chúng tôi có thể biết họ đang làm gì và họ đang sống ở đâu vào thời điểm đó vì chúng tôi có hồ sơ về sự trao đổi chất của họ.”

Hồi sinh vi khuẩn zombie

Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu hai loại vi khuẩn lam khác nhau. Chúng bao gồm vi khuẩn lam beta, loại vi khuẩn phổ biến trong các đại dương ngày nay. Nhưng các nhà nghiên cứu cũng đã thêm một bước ngoặt mới cho nghiên cứu. Họ đã cố gắng đưa một vi khuẩn lam cổ đại trở lại từ cõi chết. Hurley và các đồng nghiệp của cô đã sử dụng kỹ thuật di truyền để thiết kế một loại vi sinh vật đặc biệt không có carboxysomes. Hãy nghĩ về nó giống như một vi khuẩn lam zombie.

Boswell Wing, đồng tác giả nghiên cứu và phó giáo sư khoa học địa chất cho biết: “Chúng tôi có khả năng làm những gì về cơ bản là một sự hồi sinh sinh lý trong phòng thí nghiệm.”

Nhưng khi các nhà nghiên cứu nghiên cứu sự trao đổi chất của các nền văn hóa của họ, họ phát hiện ra một điều đáng ngạc nhiên: vi khuẩn lam zombie của họ dường như không tạo ra một dấu hiệu hóa học phù hợp với các dấu hiệu đồng vị carbon mà các nhà khoa học đã thấy trước đây trong hồ sơ đá. Trên thực tế, phù hợp nhất cho những tín hiệu cổ đại đó có thể là vi khuẩn lam beta – vẫn còn rất nhiều cho đến ngày nay.

Nói cách khác, nhóm nghiên cứu dường như đã tình cờ phát hiện ra một hóa thạch sống đang ẩn nấp trong tầm nhìn. Và, họ nói, rõ ràng là vi khuẩn lam sống xung quanh thời kỳ Sự kiện Ôxy hóa Vĩ đại đã có cấu trúc tương tự như một carboxysome. Cấu trúc này có thể đã giúp các tế bào tự bảo vệ mình khỏi nồng độ oxy trong không khí ngày càng tăng.

Wing nói: “Những sinh vật hiện đại có thể giống với những vi khuẩn lam cổ đại này – điều đó thực sự phản trực giác.”

Họ lưu ý rằng, các nhà khoa học hiện đã có ý tưởng tốt hơn nhiều về vi khuẩn lam cổ đại trông như thế nào và nơi chúng sống. Và điều đó có nghĩa là họ có thể bắt đầu thực hiện các thí nghiệm để tìm hiểu sâu hơn về cuộc sống trong đại dương 2 tỷ năm tuổi.

Đây là bằng chứng xác thực từ hồ sơ địa chất và một sinh vật mẫu có thể làm sáng tỏ sự sống trên Trái đất cổ đại.

Các đồng tác giả khác trong bài báo mới bao gồm sinh viên đại học CU Boulder Claire Jasper và nghiên cứu sinh Nicholas Hill.


Nguồn truyện:

Tài liệu do Đại học Colorado tại Boulder cung cấp . Bản gốc do Daniel Strain viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.


Tham khảo Tạp chí :

  1. Sarah J. Hurley, Boswell A. Wing, Claire E. Jasper, Nicholas C. Hill và Jeffrey C. Cameron. Bằng chứng đồng vị carbon cho sinh lý toàn cầu của vi khuẩn lam Proterozoi . Tiến bộ Khoa học , 2021 DOI: 10.1126 / sciadv.abc8998

Bài viết liên quan

Bài viết mới