Dưới đáy biển không có ánh nắng, sự sống lấy năng lượng từ đâu?

Trong tưởng tượng, đáy biển sâu thường là một khoảng tối lạnh, nơi thức ăn hiếm hoi rơi xuống từ phía trên. Thế rồi giữa bóng tối xuất hiện một cụm sinh vật dày đặc quanh những dòng nước thoát ra từ đáy biển. Chúng không đứng cạnh một khu rừng tảo được Mặt Trời nuôi dưỡng. Nguồn năng lượng ở đây gắn với hóa học của chính môi trường.

Những hệ sinh thái quanh miệng phun thủy nhiệt đã làm thay đổi cách con người nghĩ về nơi sự sống có thể phát triển. Câu chuyện bắt đầu từ một điều rất cụ thể: ở nơi thiếu ánh sáng, một số vi sinh vật có thể dùng năng lượng từ phản ứng hóa học để tạo chất hữu cơ.

Một phát hiện làm cả đoàn thám hiểm ngạc nhiên

Năm 1977, các nhà nghiên cứu khảo sát khu vực đáy Thái Bình Dương gần quần đảo Galápagos đã bắt gặp những quần xã sinh vật quanh miệng phun. Các hình ảnh và quan sát từ chuyến thám hiểm cho thấy sự sống phong phú ở nơi con người không chờ đợi một cảnh tượng như vậy.

WHOI lưu lại câu chuyện phát hiện với các sinh vật như giun ống và những động vật sống gần nguồn nước giàu hóa chất. Điều gây ngạc nhiên không chỉ là tìm thấy vài cá thể chịu đựng bóng tối, mà là gặp một hệ sinh thái có nền tảng năng lượng khác với cách ta thường học từ khu vườn trên mặt đất. Nguồn: WHOI

Nếu chỉ nhìn hình, rất dễ nghĩ đến một ốc đảo. Phép so sánh ấy có ích: sự sống tập trung quanh những điều kiện thuận lợi trong một môi trường rộng lớn khác biệt. Nhưng “thuận lợi” ở đây không có nghĩa dễ chịu với con người.

Miệng phun là gì?

Nước biển có thể đi vào các khe nứt của vỏ Trái Đất, được làm nóng và tương tác với đá, rồi quay trở lại đáy biển với thành phần hóa học đã thay đổi. Nơi dòng nước ấy thoát ra được gọi là miệng phun thủy nhiệt.

Khi chất lưu nóng gặp nước biển lạnh hơn, các khoáng chất có thể kết tủa, góp phần tạo những cấu trúc giống ống khói. Vệt đen trong ảnh “black smoker” không nên được hiểu như khói của một đống lửa dưới nước; nó liên quan những hạt khoáng trong dòng chất lưu. Nguồn: NOAA

Không phải mọi miệng phun có hình dạng hay thành phần giống nhau. Một ảnh đẹp của chiếc ống khói không thể đại diện đầy đủ cho toàn bộ các hệ thống thủy nhiệt trên thế giới. Tuy nhiên, nó cho thấy rõ ranh giới nơi địa chất và đại dương gặp nhau.

Vi sinh vật mở đầu bữa ăn

Trên mặt đất, cây xanh dùng năng lượng ánh sáng để tạo chất hữu cơ qua quang hợp. Ở một số môi trường đáy biển, vi sinh vật thực hiện hóa tổng hợp: khai thác năng lượng từ phản ứng của các chất hóa học để xây dựng chất hữu cơ từ nguồn carbon vô cơ.

NOAA dùng sự so sánh giữa quang hợp và hóa tổng hợp để giải thích nền tảng của những quần xã này. Các động vật không đơn giản “ăn nước nóng”. Chúng có thể ăn vi sinh vật hoặc sống trong quan hệ cộng sinh với những vi sinh vật làm công việc hóa học ấy. Nguồn: NOAA Ocean Exploration

Sự phân biệt đó rất quan trọng. Nhiệt là một phần của bối cảnh địa chất, nhưng câu chuyện thức ăn cần chỉ ra phản ứng cung cấp năng lượng và sinh vật sử dụng năng lượng. Nếu bỏ qua vi sinh vật, ta sẽ bỏ qua mắt xích giải thích tại sao những động vật lớn hơn có thể hiện diện.

Sống gần nguồn nóng không có nghĩa sống trong phần nóng nhất

Một bức ảnh dễ làm mọi thứ trông như ở cùng một vị trí. Thực tế, môi trường quanh miệng phun có chênh lệch điều kiện rất lớn trên khoảng cách nhỏ. Dòng chất lưu, nước biển xung quanh và nơi sinh vật bám vào không nhất thiết có cùng nhiệt độ hoặc thành phần.

Vì vậy, không nên lấy nhiệt độ của chất lưu trong miệng phun rồi gán cho cơ thể mọi con vật đứng gần đó. Tương tự, ở trên cạn, sống gần một suối nóng không có nghĩa ngâm toàn bộ cơ thể trong phần nước nóng nhất của suối.

Các ranh giới nơi chất lưu và nước biển gặp nhau là phần thiết yếu của hệ thống. Chúng tạo môi trường cho phản ứng và cho những sinh vật có nhu cầu khác nhau. Hệ sinh thái vì thế không phải một nhóm loài chịu nóng theo cùng một cách.

Điều này có nghĩa sự sống không cần Mặt Trời?

Một cách nói cẩn thận là những quần xã ấy không dựa vào ánh sáng tại chỗ như một khu rừng quang hợp. Không nên biến nó thành khẳng định rằng chúng hoàn toàn tách khỏi mọi quá trình còn lại của hành tinh. Những chất tham gia phản ứng và nước biển vẫn thuộc một hệ thống lớn hơn.

Dù vậy, phát hiện có ý nghĩa rõ ràng: khi tìm nơi có thể có sự sống, chỉ hỏi “ở đây có nắng không?” là chưa đủ. Cần hỏi về nước, nguồn năng lượng, hóa học và các điều kiện duy trì hệ thống theo thời gian.

Dưới ánh đèn của tàu lặn, những chiếc ống trắng và cụm sinh vật hiện ra như một cảnh quan khác thế giới. Nhưng điều làm chúng đặc biệt không phải vẻ ngoài kỳ lạ. Đó là một bữa ăn được khởi đầu bằng những phản ứng mà mắt thường không nhìn thấy, ở nơi Mặt Trời không trực tiếp chiếu tới.