Phát hiện loài cá sống sâu nhất dưới đại dương, vì sao chúng chịu được môi trường này?

Mới đây, các nhà khoa học đã quay được cảnh một con cá bơi ở độ sâu hơn 8km, lập kỷ lục mới về loài cá sâu nhất từng được con người ghi nhận.

Cụ thể, đó là một loài cá ốc chưa xác định thuộc chi Pseudoliparis đã được chụp bởi một camera tự động đang bơi ở độ sâu 8.336m trong rãnh Izu-Ogasawara, phía đông nam Nhật Bản.

Loài cá sâu nhất trước đây được ghi nhận là cá ốc Mariana (Pseudoliparis swirei), được tìm thấy ở độ sâu 8.178m xa hơn về phía nam, vị trí giữa Nhật Bản và Papua New Guinea trong rãnh Mariana.

Phần sâu nhất của đại dương được gọi là vùng hadal (tiếng Việt gọi là Vùng biển khơi tăm tối), được đặt theo tên vị thần Hy Lạp của âm phủ, Hades.

Chỉ nghe tên cũng đủ biết vùng hadal, sâu từ 6 đến 11km, là một khu vực gần như cấm địa đối với sinh vật sống, có đặc trưng là bóng tối đen ngòm, áp suất nghiền nát và nhiệt độ gần như đóng băng.

Trong một thời gian dài, các nhà khoa học tin rằng không thể có sự sống dưới đáy đại dương do những điều kiện khắc nghiệt này, nhưng nhận thức đó đã thay đổi đáng kể vào năm 1977, khi một nhóm nghiên cứu Hoa Kỳ thả một phương tiện điều khiển từ xa ở độ sâu 2.440m xuống Thái Bình Dương để lấy hình ảnh từ miệng phun thủy nhiệt, nơi nước biển gặp magma. Họ đã rất ngạc nhiên khi thấy những lỗ thông hơi dưới biển sâu này tràn đầy sự sống.

Kể từ năm 1977, các nhà khoa học biển đã phát hiện ra tới 600 loài chưa từng thấy xung quanh những lỗ thông hơi này, bao gồm một loài chân bụng có vảy (Chrysomallon squamiferum), một loại ốc có "áo giáp sắt" và một loài cua mới tên là 'The Hoff' ( Kiwa tyleri) được đặt theo tên nam diễn viên Hoa Kỳ David Hasselhoff do bộ ngực đầy lông của nó.

Theo Abbie Chapman, nhà nghiên cứu tại Đại học College London, người đã nghiên cứu các sinh vật sống xung quanh các lỗ thông thủy nhiệt, ở đáy rãnh Mariana có áp suất 1.086 bar, tương đương với việc có 100 con voi đứng trên đầu bạn.

Làm thế nào các sinh vật có thể phát triển mạnh trong môi trường khắc nghiệt như vậy?

Sự thật là, động vật biển sống trong vùng hadal đã thích nghi ở cấp độ tế bào để giúp chúng có thể chịu được các điều kiện khắc nghiệt.

Các sinh vật như động vật giáp xác amphipod khổng lồ và cá ốc Mariana có nồng độ cao các phân tử hữu cơ được gọi là piezolytes (cái tên này bắt nguồn từ từ "piezin" trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là áp suất), giúp ngăn không cho màng tế bào và protein của chúng bị nghiền nát dưới áp suất cực cao.

Những phân tử này chống lại trọng lượng của tầng nước sâu hàng nghìn mét xung quanh bằng cách tăng không gian mà protein chiếm bên trong tế bào của sinh vật. Theo nhà sinh vật biển sâu Tim Shank tại Viện Hải dương học Woods Hole ở Massachusetts mô tả, "nó giống như việc dựng một chiếc cọc trong lều".

Các nghiên cứu cho thấy rằng lượng phân tử piezolyte trimethylamine N-oxide (TMAO) trong các sinh vật đại dương tỉ lệ thuận với độ sâu của môi trường sống của chúng.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Leeds đã kết luận trong một nghiên cứu năm 2022 rằng TMAO hoạt động giống như "một điểm neo trong mạng lưới nước" bằng cách hình thành các liên kết hydro mạnh với các phân tử nước. Điều này cho phép sinh vật chống lại áp lực cực độ mà nó phải chịu.

Cá sống gần bề mặt đại dương có bong bóng cá, một cơ quan chứa đầy khí cho phép chúng duy trì độ sâu ổn định mà không bị chìm hẳn hoặc nổi lên trên mặt nước. Các loài cá biển sâu như cá ốc không có bong bóng bơi, vì sự khác biệt về áp suất giữa khoang chứa đầy khí và nước ép vào từ bên ngoài sẽ làm vỡ chúng.

Trong đại dương sâu thẳm tất nhiên cũng không có ánh sáng mặt trời trực tiếp và do đó các sinh vật không thể dựa vào quá trình quang hợp để chuyển đổi năng lượng của Mặt trời thành dưỡng chất để cung cấp năng lượng cho chúng. Thay vào đó, chúng sử dụng quá trình tổng hợp hóa học từ các phản ứng hóa học xảy ra xung quanh các lỗ thông hơi thủy nhiệt dưới đáy đại dương. Shank nói: "Chúng sống nhờ các chất hóa học từ đáy biển".

Cá biển sâu cũng đã thích nghi để tồn tại trong môi trường thiếu oxy. Ví dụ, cá hang động Mexico có tế bào hồng cầu lớn hơn tạo ra nồng độ huyết sắc tố cao hơn, rất dồi dào lượng protein mang oxy đi khắp cơ thể, so với cá sống gần bề mặt, theo một nghiên cứu năm 2022.

Chưa kể, để săn mồi, chúng còn cần một thứ khác để chống lại bóng tối đen ngòm: thị giác đặc biệt. 

Mắt người có ba loại tế bào hình nón, có khả năng cảm nhận màu đỏ, lục và lam để phân biệt màu sắc trong ngày. Vào ban đêm, chúng ta dựa vào một loại tế bào hình que nhạy cảm với lượng ánh sáng nhỏ nhất, nhưng về cơ bản chúng ta bị mù màu. Ở vùng biển sâu, ánh sáng rất khó đến và cư dân của nó đã tiến hóa một số cách thích nghi cụ thể, bao gồm cả những con mắt khổng lồ có thể có hình dạng như một cái thùng, để bắt mọi hạt ánh sáng có sẵn.

Đã tiến hóa để sống trong bóng tối, những con cá biển sâu trưởng thành dựa vào tế bào cảm quang dạng que để nhìn thế giới của chúng và tế bào hình nón hầu như không có.

Tất cả những sự thích nghi này cho phép các sinh vật phát triển trong vực thẳm tối tăm của đại dương sâu thẳm, tại một trong những môi trường khắc nghiệt nhất trên hành tinh của chúng ta.