Bí mật giúp cá có thể sống sót dưới áp lực lớn ở độ sâu 8.000m

Đại dương sâu thẳm là một môi trường sống khắc nghiệt. Theo các chuyên gia, áp lực nước có thể lên tới 8 tấn trên mỗi inch vuông ở dưới rãnh Mariana, nơi sâu nhất trong lớp vỏ của Trái Đất. Đây là áp lực rất lớn mà không phải sinh vật nào cũng có thể chịu được. Con số này cũng lớn hơn 1.100 lần so với áp suất trên mặt nước biển.

Giáo sư Lorna Dougan tại ĐH Leeds (Anh) cho biết, sự sống đã thích nghi để tồn tại và phát triển trong môi trường khắc nghiệt. Minh chứng là ở sâu trong các đại dương, nhiều sinh vật có thể sống dưới áp lực cực cao.

Vậy, bằng cách nào mà cá và các loài động vật khác có thể sống sót trong môi trường "tử thần" này?

Vì sao cá sống sót dưới áp lực cực lớn?

Theo một nghiên cứu gần đây, bí mật hóa ra nằm ở một chất hóa học xuất hiện tự nhiên ở trong tế bào của chúng.

Trước hết, dưới áp suất khí quyển bình thường, thông thường, các phân tử nước trong tế bào sống tạo thành một mạng lưới giống như tứ diện. Theo các nhà nghiên cứu, nếu mạng lưới đó thay đổi hình dạng chẳng hạn như thông qua tác động của áp lực bên ngoài thì các quá trình hóa sinh quan trọng sẽ không thể diễn ra trong tế bào. Khi điều này xảy ra ở trên quy mô toàn cơ thể, nó sẽ dẫn tới cái chết cho sinh vật.

Do đó, các chuyên gia cần phải hiểu về điều gì xảy ra với nước dưới áp lực cao và cách mà các sinh vật có thể nghi với điều kiện sống khắc nghiệt này. Nếu giải quyết được nghi vấn này, các nhà khoa học có thể áp dụng những phát hiện này vào nghiên cứu rộng hơn về sự ổn định phân tử sinh học.

Tế bào của các sinh vật biển sâu chứa một lượng tương đối cao một chất hóa học được gọi là TMAO. Ảnh: Depositphotos

Theo nghiên cứu được dẫn dắt bởi Tiến sĩ Harrison Laurent và Giáo sư Lorna Dougan, các nhà khoa học tại ĐH Leeds của Anh đã phát hiện ra rằng, bên trong các sinh vật sống ở dưới đáy biển sâu, một phân tử được gọi là TMAO (trimethylamine N-oxide) giữ cho mạng lưới của phân tử nước trong tế bào không bị biến dạng. Theo đó, môi trường sống của động vật càng sâu thì lượng TMAO trong tế bào của chúng lại càng lớn.

Các nhà khoa học của Anh đã tiến hành thử nghiệm để chứng minh ưu thế của TMAO.

Cụ thể, trong một thử nghiệm trong phòng thí nghiệm STFC Rutherford Appleton ở Oxfordshire, nhóm nghiên cứu đã tiến hành bắn chùm neutron vào các mẫu nước có và không có TMAO được lưu trữ ở áp suất cao hoặc thấp. Kết quả, nhóm nghiên cứu nhận thấy các liên kết hydro ở trong các phân tử nước không có TMAO bị biến dạng dưới áp lực, đồng thời mạng lưới phân tử nói chung bị nén chặt lại. Ngược lại, trong những mẫu được thêm TMAO, các liên kết hydro lại rất mạnh và ổn định, cấu trúc mạng cũng được duy trì.

Tiến sĩ Harrison Laurent cho biết: "TMAO cung cấp một neo cấu trúc để giúp nước có thể chống lại áp suất cực lớn mà nó phải chịu. Phát hiện này rất quan trọng vì giúp các nhà khoa học hiểu được các quá trình mà sinh vật đã thích nghi để tồn tại trong các điều kiện khắc nghiệt dưới đại dương".

Nghiên cứu về TMAO cũng cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về việc làm thế nào mà vô số sinh vật mới được phát hiện có thể tồn tại ở sâu bên dưới các đại dương trên thế giới.

Đặc biệt, từ những kết quả thí nghiệm, nhóm nghiên cứu cũng có thể phát triển về một mô hình nhằm dự đoán mức độ TMAO cần thiết trong tế bào của sinh vật biển tồn tại ở độ sâu cụ thể trong đại dương.

Giáo sư Dougan cho biết thêm: "Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp một cầu nối giữa nước dưới áp suất ở cấp độ phân tử và khả năng tuyệt vời của các các sinh vật biển phát triển dưới áp suất cao ở độ sâu của đại dương".

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí Communications Chemistry.

Có gì trong rãnh Mariana? 

Rãnh Mariana là nơi sâu nhất trên Trái Đất. Ảnh: Shutterstock

Rãnh Mariana nằm ở phía tây Thái Bình Dương, cách đảo Guam chỉ 360 km. Độ sâu nhất của rãnh Mariana là 11.034 m, nơi sâu nhất trên Trái đất. Nơi sâu nhất của rãnh Mariana là vực thẳm Challenger, được đặt tên theo tên tàu Challenger II của Hải quân Hoàng gia Anh đến đo đạc khu vực này vào năm 1951.

Thậm chí, nơi đây còn sâu đến mức nếu thả đỉnh Everest xuống thì cũng phải hơn 1 km nữa mới chạm được tới bề mặt.

Ngoài ra, ở rãnh Mariana sâu đến mức ánh sáng cũng không thể chạm tới đáy. Áp lực ở đây tương đương với trọng lượng của 48 chiếc Boeing 747. Thế nhưng, sự sống vẫn tồn tại ở nơi có áp lực đáng sợ này.

Chúng ta không thể đi xa tới rãnh Mariana do áp lực quá cao có thể nghiền nát xương. Áp lực ở nơi đây mạnh đến nỗi hầu hết các máy móc ở dưới đáy biển sâu đều phải vật lộn để hoạt động. Điều này khiến cho việc thu thập dữ liệu trở nên rất khó khăn.

Cá ốc Mariana là loài cá được phát hiện ở độ sâu 8.000 m ở rãnh Mariana. Ảnh: Alan Jamieson

Cá ốc Mariana (Mariana snailfish) là loài cá sâu nhất từng được phát hiện ở rãnh Mariana. Theo đó, các nhà khoa học đã tìm thấy loài cá có lớp da trong suốt này ở độ sâu 8.000 m. Bộ xương của loài cá này có thể uốn được, giúp chúng chịu được áp lực cao. Ngoài ra, các nhà khoa học tìm thấy nhiều sinh vật kỳ lạ ở rãnh Mariana.

Trong những cuộc thám hiểm khoa học gần đây, các chuyên gia đã phát hiện ra sự sống phong phú và đa dạng một cách đáng kinh ngạc trong điều kiện khắc nghiệt tại rãnh Mariana. Ba sinh vật phổ biến nhất ở dưới đáy rãnh Mariana là động vật đơn bào, động vật giáp xác và hải sâm nhỏ.

Mặc dù các nhà khoa học và nhà hải dương học luôn tìm kiếm những cách mới để thu thập các thông tin, nhưng có thể vẫn còn rất nhiều bí ẩn ở rãnh Mariana chưa được khám phá.

Bài viết tham khảo nguồn: Sciencedaily, Newatlas, Livescience, Geographical