Bọt biển biển sâu tồn tại trong bóng tối hoàn toàn bằng những cách mà trước đây chúng ta không biết
Deep-sea sponges survive in complete darkness in ways we didn’t know before
Beyond the sunlit ocean lies a vast abyss where organisms have to recycle every scrap available.
Vượt ra ngoài đại dương có ánh mặt trời là một vực thẳm rộng lớn nơi các sinh vật phải tái chế mọi thứ có sẵn.
When we think of marine life, we usually picture colourful coral reefs or dense seaweed forests filled with fish and other critters. The ocean that comes to mind is the one touched by sunlight.
Khi chúng ta nghĩ về sinh vật biển, chúng ta thường hình dung những rạn san hô đầy màu sắc hoặc những khu rừng tảo biển dày đặc chứa đầy cá và các sinh vật nhỏ khác. Đại dương hiện lên trong tâm trí là nơi có ánh nắng chiếu vào.
However, most of the ocean is not like that. By volume, roughly 95% of the ocean consists of the permanently dark, cold deep sea. Despite such hostile conditions though, there is life in the ocean’s abyss.
Tuy nhiên, phần lớn đại dương không như vậy. Về khối lượng, khoảng 95% đại dương là vùng biển sâu luôn tối và lạnh. Mặc dù có những điều kiện khắc nghiệt như vậy, nhưng vẫn có sự sống trong vực sâu đại dương.
Deep-sea marine sponges are among the organisms that live in these mysterious dark waters. They form “gardens” that are among the largest ecosystems on the planet, some spanning thousands of square kilometres on the ocean floor. They act as ecosystem engineers, providing habitats to many other organisms living on the seafloor.
Bọt biển biển sống ở vùng nước tối bí ẩn là một trong những sinh vật sống ở đó. Chúng tạo thành những “khu vườn” là một trong những hệ sinh thái lớn nhất hành tinh, một số trải dài hàng nghìn ki-lô-mét vuông dưới đáy đại dương. Chúng hoạt động như những kỹ sư hệ sinh thái, cung cấp môi trường sống cho nhiều sinh vật khác sống dưới đáy biển.
Individual sponges can also pump and filter thousands of litres of water every day through their bodies. The nutrients they release support other organisms. Yet we know remarkably little about how sponges survive, let alone thrive, in the inhospitable environment of the deep-sea.
Từng con bọt biển cũng có thể bơm và lọc hàng nghìn lít nước mỗi ngày qua cơ thể của chúng. Các chất dinh dưỡng chúng thải ra hỗ trợ các sinh vật khác. Tuy nhiên, chúng ta biết rất ít về cách bọt biển tồn tại, chứ đừng nói đến việc phát triển mạnh, trong môi trường khắc nghiệt của biển sâu.
Symbiosis with microbes is an important part of how marine sponges live. We’ve been studying deep-sea sponges to better understand life in the ocean’s depths. So far, we’ve found some sponges are packed with microorganisms that use energy from chemical reactions.
Cộng sinh với vi sinh vật là một phần quan trọng trong cách bọt biển biển sống. Chúng tôi đã nghiên cứu bọt biển biển sâu để hiểu rõ hơn về sự sống ở độ sâu đại dương. Cho đến nay, chúng tôi đã phát hiện một số bọt biển chứa đầy vi sinh vật sử dụng năng lượng từ các phản ứng hóa học.
This is called chemosynthesis and is commonly found in other deep-sea organisms, such as mussels and tubeworms living in hydrothermal vents – deep-sea “hot springs”.
Đây được gọi là hóa tổng hợp và thường được tìm thấy ở các sinh vật biển sâu khác, chẳng hạn như trai và giun ống sống trong các miệng phun thủy nhiệt – những “suối nước nóng” dưới đáy biển.
Our new study, published today in the journal Microbiome, shows sponges and their microbial partners also use a second strategy to make a living in the deep sea.
Nghiên cứu mới của chúng tôi, được công bố hôm nay trên tạp chí Microbiome, cho thấy bọt biển và các đối tác vi sinh vật của chúng cũng sử dụng một chiến lược thứ hai để sinh sống ở biển sâu.
Two strategies, one sponge
Hai chiến lược, một loài bọt biển
All living organisms produce waste. Just like humans produce urine, many sponges produce ammonia as one of their waste products.
Tất cả các sinh vật sống đều thải ra chất thải. Giống như con người thải ra nước tiểu, nhiều loài bọt biển cũng thải ra amoniac là một trong các sản phẩm chất thải của chúng.
In this study, we analysed the Calyx species of deep-sea sponges from a depth of 830 metres.
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phân tích loài Calyx thuộc nhóm bọt biển biển sâu ở độ sâu 830 mét.
About 16% of their microbial partners use the familiar chemosynthesis process. With ammonia as the energy source, they use carbon dioxide dissolved in the water to build biomass – it’s a bit like plants growing through photosynthesis from sunlight, but in the dark.
Khoảng 16% các cộng sinh vi sinh vật của chúng sử dụng quá trình hóa tổng hợp quen thuộc. Với amoniac làm nguồn năng lượng, chúng sử dụng carbon dioxide hòa tan trong nước để xây dựng sinh khối – điều này hơi giống như thực vật quang hợp từ ánh sáng mặt trời, nhưng là trong bóng tối.
In well-lit shallow waters, many sponges and corals have photosynthetic microbes that help them build biomass from carbon dioxide. Our findings show that in the dark depths of the ocean, sponges have microbial partners that use ammonia instead of light for the same process.
Ở vùng nước nông được chiếu sáng tốt, nhiều loài bọt biển và san hô có vi sinh vật quang hợp giúp chúng xây dựng sinh khối từ carbon dioxide. Các phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng ở độ sâu tối của đại dương, bọt biển có các cộng sinh vi sinh vật sử dụng amoniac thay vì ánh sáng cho cùng một quá trình này.
The remaining 84% of microbial partners are where it gets really interesting. Instead of chemosynthesis these microbes use heterotrophy, which means consuming organic matter to generate energy and biomass (like the vast majority of animals, humans are also heterotrophs) .
84% cộng sinh vi sinh vật còn lại là nơi mọi thứ trở nên thực sự thú vị. Thay vì hóa tổng hợp, các vi khuẩn này sử dụng dị dưỡng, nghĩa là tiêu thụ vật chất hữu cơ để tạo ra năng lượng và sinh khối (giống như phần lớn động vật, con người cũng là sinh vật dị dưỡng) .
The problem here is that there’s little organic matter in the deep sea. Whatever falls down from the surface waters, such as dead plankton and algae, gets stripped by bacteria and small crustaceans of anything easily digestible as it sinks through the water column.
Vấn đề ở đây là có rất ít vật chất hữu cơ ở biển sâu. Bất cứ thứ gì rơi xuống từ vùng nước mặt, chẳng hạn như sinh vật phù du và tảo chết, đều bị vi khuẩn và giáp xác nhỏ loại bỏ bất cứ thứ gì dễ tiêu hóa khi chúng chìm qua cột nước.
So, the little amount of organic matter that reaches the seafloor is generally poor food for the sponge itself. But, as we discovered, not necessarily for its microbial partners.
Vì vậy, lượng vật chất hữu cơ ít ỏi đến đáy biển thường là nguồn thức ăn kém cho bản thân bọt biển. Nhưng, như chúng tôi đã phát hiện, điều này không nhất thiết đúng với các cộng sinh vi sinh vật của nó.
It turns out the heterotrophic microbes in Calyx sponges have lots of enzymes specialised in breaking down complex compounds, such as xylan and pectin, which make up the hard-to-digest cell walls of algae.
Hóa ra, các vi khuẩn dị dưỡng trong bọt biển Calyx có nhiều enzyme chuyên biệt để phân hủy các hợp chất phức tạp, chẳng hạn như xylan và pectin, vốn cấu tạo nên thành tế bào khó tiêu của tảo.
Feeding on these algal skeletons would allow the microbes to thrive and to transform organic molecules into nutrients their sponge host can use.
Ăn các bộ xương tảo này sẽ cho phép vi khuẩn phát triển mạnh và chuyển hóa các phân tử hữu cơ thành chất dinh dưỡng mà vật chủ bọt biển của chúng có thể sử dụng.
Protecting what we don’t yet understand
Bảo vệ những gì chúng ta chưa hiểu
Our study shows that sponges and their microbial partners are complex, biogeochemical reactors. They use and recycle ammonia “urine”, carbon dioxide and hard-to-digest organics to generate biomass.
Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy bọt biển và các cộng sinh vi sinh vật của chúng là những lò phản ứng sinh địa hóa phức tạp. Chúng sử dụng và tái chế amoniac “nước tiểu”, carbon dioxide và các chất hữu cơ khó tiêu để tạo ra sinh khối.
The biomass can then support the growth of other organisms, such as brittle stars and fish, in turn supporting the broader community of animals living on the dark seafloor.
Sinh khối này sau đó có thể hỗ trợ sự phát triển của các sinh vật khác, chẳng hạn như sao giòn và cá, qua đó hỗ trợ cộng đồng động vật rộng lớn sống dưới đáy biển tối.
Unfortunately, these ecosystems are under pressure from human activities. Deep-sea trawling physically destroys sponge gardens. Deep-sea mining, now being actively pursued for rare metals used in batteries and electronics, threatens to disrupt the deep-sea habitat in ways that might take centuries to recover.
Thật không may, những hệ sinh thái này đang chịu áp lực từ các hoạt động của con người. Việc đánh bắt bằng lưới kéo ở biển sâu phá hủy vật lý các vườn bọt biển. Khai thác khoáng sản ở biển sâu, hiện đang được theo đuổi tích cực để lấy các kim loại quý hiếm dùng trong pin và điện tử, đe dọa làm gián đoạn môi trường sống ở biển sâu theo những cách mà có thể mất hàng thế kỷ để phục hồi.
The United Nations has recognised deep-sea sponge gardens as vulnerable marine ecosystems, a formal acknowledgement of both their ecological importance and their fragility. But recognition alone is not enough.
Liên Hợp Quốc đã công nhận các vườn bọt biển biển sâu là các hệ sinh thái biển dễ bị tổn thương, một sự thừa nhận chính thức về cả tầm quan trọng sinh thái và sự mong manh của chúng. Nhưng sự công nhận thôi là chưa đủ.
If we destroy these habitats before we fully understand their role in carbon transformation, then we may lose a critical piece of Earth’s carbon cycle before fully realising it was there.
Nếu chúng ta phá hủy những môi trường sống này trước khi hiểu đầy đủ vai trò của chúng trong quá trình chuyển hóa carbon, thì chúng ta có thể mất đi một phần quan trọng của chu trình carbon Trái Đất trước khi nhận ra rằng nó đã tồn tại.
Torsten Thomas receives funding from the Betty and Gordon Moore Foundation USA and the Australian Government.
Torsten Thomas nhận tài trợ từ Quỹ Betty và Gordon Moore Hoa Kỳ và Chính phủ Úc.
Alessandro N. Garritano does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
Alessandro N. Garritano không làm việc cho, tư vấn, sở hữu cổ phần hoặc nhận tài trợ từ bất kỳ công ty hoặc tổ chức nào được hưởng lợi từ bài viết này, và đã công bố không có mối liên hệ nào liên quan ngoài vị trí học thuật của mình.
Read more
-
Sóng nhiệt biển khổng lồ khiến các rạn san hô vùng Caribbean sụp đổ nhanh hơn nhiều so với dự đoán – nghiên cứu mới
Massive marine heatwave caused Caribbean coral reefs to collapse much faster than predicted – new research
-
Hầu hết mọi thứ chúng ta sử dụng trực tuyến đều thuộc sở hữu của các tập đoàn công nghệ lớn. Có một hướng đi tốt hơn.
Nearly everything we use online is owned by big tech. There’s a better way forward