Skip Ribbon Commands
Skip to main content

Theo nghiên cứu mới do Đại học bang Pennsylvania chủ trì thực hiện, hệ vi sinh vật của san hô - bao gồm vi khuẩn, nấm và vi-rút - đóng một vai trò quan trọng trong khả năng san hô chịu đựng nhiệt độ đại dương tăng cao. Nhóm nghiên cứu cũng xác định được một số gien trong một số loài san hô nhất định và các loài tảo quang hợp cộng sinh sống bên trong các mô của chúng có thể đóng một vai trò trong phản ứng của chúng với stress nhiệt. Ví dụ, nghiên cứu có thể giúp cho các nỗ lực bảo tồn rạn san hô hiện tại bằng cách nêu bật những lợi ích tiềm năng của việc đưa vào các rạn san hô các vi khuẩn được tìm thấy để tăng cường phản ứng với căng thẳng nhiệt của san hô.



Monica Medina, Giáo sư sinh học, Đại học bang Pennsylvania, cho biết: “Tiếp xúc lâu dài với nhiệt có thể gây ra hiện tượng “tẩy trắng”, trong đó các loài quang sinh (tảo cộng sinh) bị loại bỏ khỏi san hô, khiến san hô chết. Chúng tôi phát hiện ra rằng khi một số san hô bị căng thẳng nhiệt, các vi sinh vật của chúng có thể bảo vệ chúng khỏi bị tẩy trắng. Ngoài ra, giờ đây chúng tôi có thể xác định các gien cụ thể ở động vật san hô và các tế bào quang hợp của chúng có thể liên quan đến phản ứng căng thẳng nhiệt này”.

Viridiana Avila-Magaña, cựu sinh viên tại Đại học bang Pennsylvania và hiện đang là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Đại học Colorado Boulder, lưu ý: “Các nghiên cứu trước đây về cơ chế phân tử cơ bản về khả năng chịu căng thẳng nhiệt của san hô có xu hướng chỉ tập trung vào động vật hoặc loài quang hợp, nhưng chúng tôi bây giờ biết rằng toàn bộ holobiont - động vật ở san hô, quang hợp và hệ vi sinh vật - đều tham gia vào phản ứng với sự căng thẳng nhiệt”.

Trong nghiên cứu của họ, được công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà nghiên cứu tập trung vào ba loài san hô - san hô sao núi (Orbicella faveolata), san hô hình đốm (Pseudodiploria clivosa) và san hô sao vùng nước nông ( Siderastrea radian) - được biết là khác nhau về mức độ nhạy cảm với căng thẳng nhiệt. Được thu thập gần Puerto Morelos, Mexico, mỗi loài san hô có một bộ vi sinh vật độc đáo. Mục tiêu của nhóm là nghiên cứu những đóng góp khác nhau về trao đổi chất của từng thành viên holobiont đối với khả năng chịu đựng căng thẳng chung của san hô và xác định sự khác biệt trong các kiểu biểu hiện gien liên quan đến các hoạt động trao đổi chất này.

Medina giải thích rằng trao đổi chất là quá trình chuyển hóa thức ăn thành năng lượng. Bà cho biết, đối với san hô, quá trình này được thúc đẩy rất nhiều bởi các tế bào quang hợp, thông qua quá trình quang hợp, chúng cung cấp cho các loài san hô ít nhất 90% nhu cầu năng lượng của chúng. Tuy nhiên, cho đến nay, những đóng góp của các vi sinh vật vẫn chưa được hiểu rõ.

Medina cho biết: “Chúng tôi biết rằng căng thẳng nhiệt do biến đổi khí hậu có thể làm gián đoạn quá trình trao đổi chất của san hô và dẫn đến hiện tượng tẩy trắng. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu những đóng góp khác nhau của các thành viên holobiont và các hoạt động trao đổi chất này thay đổi như thế nào khi ứng phó với stress nhiệt”.

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện một thí nghiệm căng thẳng nhiệt có kiểm soát, trong đó họ duy trì ba loài san hô trong bể trong chín ngày ở 93 độ F (34 độ C), ấm hơn 11 độ F (6 độ C) so với nhiệt độ trung bình mà san hô thường trải qua. Các nhà khoa học đã giải mã trình tự RNA của các loài holobionts - bao gồm động vật ở san hô, loài ăn thịt và các thành viên của quần xã sinh vật - sau khoảng thời gian chín ngày và một nhóm đối chứng không tiếp xúc với căng thẳng nhiệt, với mục tiêu phát hiện những thay đổi trong biểu hiện gien ảnh hưởng đến phản ứng căng thẳng nhiệt của holobiont. Cụ thể, họ đã sử dụng dữ liệu biểu hiện gien để ước tính các hoạt động trao đổi chất của từng thành viên holobiont.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu sử dụng một loại kỹ thuật ANOVA phát sinh loài, được gọi là Mô hình Tiến hóa và Phương sai Biểu hiện, để kiểm tra những thay đổi trong biểu hiện gien liên quan đến căng thẳng nhiệt xảy ra theo thời gian tiến hóa.

Viridiana Avila-Magaña nói: “Phối hợp với giáo sư Rori Rohlfs từ Đại học Bang San Francisco, đồng tác giả trong nghiên cứu này, chúng tôi đã phát triển một phương pháp cho phép chúng tôi theo dõi các gien đã biểu hiện khác nhau giữa các loài để phản ứng với bất kỳ kích thích nào, trong trường hợp này là căng thẳng nhiệt. Cách tiếp cận này trở nên đặc biệt phù hợp với nghiên cứu rạn san hô do các cuộc tranh luận gần đây về tiềm năng thích ứng của các loài holobions san hô khác nhau dưới các mối đe dọa của biến đổi khí hậu và sự tiến hóa của biểu hiện gien đã định hình các tính nhạy cảm khác nhau của chúng như thế nào”.

Avila-Magaña giải thích rằng san hô đã trải qua các giai đoạn nhiệt độ tăng cao qua thời gian tiến hóa và cách thức biểu hiện gien đã tiến hóa để phản ứng với những sự kiện đó có thể chỉ ra phản ứng của san hô đối với các sự kiện ấm lên ngày nay và trong tương lai. Mục tiêu của các nhà khoa học với nghiên cứu này là để xác định xem liệu đã có những cải tiến cụ thể về di truyền đối với stress nhiệt ở san hô và tảo quang của chúng hay không, cũng như liệu tất cả các thành viên, bao gồm các cộng đồng vi khuẩn, đóng góp một cách khác biệt vào sự mạnh mẽ của holobiont.

Dữ liệu biểu hiện gien cho thấy ba loài holobionts thực sự khác nhau về phản ứng và khả năng trao đổi chất của chúng dưới áp lực nhiệt độ cao. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng các thành viên của mỗi holobiont có những phản ứng riêng biệt ảnh hưởng đến khả năng chung của holobiont để đối phó với căng thẳng nhiệt.

Medina cho biết: “Chúng tôi đã phát hiện ra nhiều gien liên quan đến phản ứng với căng thẳng nhiệt ở loài holobionts hơn các nghiên cứu trước đây và chúng tôi cũng chỉ ra rằng những thay đổi trong biểu hiện của những gien này phát sinh theo thời gian tiến hóa”.

Điều thú vị là, các nhà khoa học kết luận rằng khả năng chịu nhiệt cao hơn quan sát được ở một số loài holobioe ở san hô, chẳng hạn như san hô sao, một phần có thể là do số lượng cao hơn và sự đa dạng của các vi khuẩn chịu nhiệt trong quần xã vi sinh của chúng, tạo ra sự dư thừa trong các con đường trao đổi chất quan trọng giúp bảo vệ san hô khỏi căng thẳng nhiệt.

Avila-Magaña cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng một số loài san hô có một hệ vi sinh vật đa dạng và ổn định chuyển sang một loạt các khả năng trao đổi chất mà chúng tôi đã chứng minh là vẫn hoạt động trong thời gian thử thách nhiệt độ. Ngược lại, chúng tôi phát hiện ra rằng các loài kém chịu nhiệt đã giảm hoạt động và sự đa dạng của vi khuẩn”.

Medina lưu ý rằng kết quả nhấn mạnh tầm quan trọng của các phương pháp tiếp cận so sánh trên nhiều loài để hiểu rõ hơn về phản ứng đa dạng của san hô đối với sự gia tăng nhiệt độ bề mặt biển.

Medina và Avila-Magaña cho biết: “San hô đã bị tác động mạnh bởi biến đổi khí hậu và các phương pháp chúng tôi phát triển trong nghiên cứu của mình đại diện cho một công cụ tuyệt vời cho các nhà khoa học đang cố gắng tìm hiểu tiềm năng thích ứng của các quần thể và loài”.

Lê Hồng Vân (Theo siencedaily)



29952