BM: Ở nơi sâu nhất địa cầu

Thursday, March 19, 2015

Ở nơi sâu nhất địa cầu

Vào ngày 26/3 năm 2012, đạo diễn Hollywood James Cameron cúi khom người trong một khoang tàu ngầm chật hẹp ở ngoài khơi Thái Bình Dương. Trong khoảng thời gian hai tiếng rưỡi, Cameron đã điều khiển con tàu Deepsea Challenger xuống độ sâu 10.898 mét và thiết lập một kỷ lục thế giới mới về lặn một mình. Ông đã lặn đến nơi sâu nhất của đại dương: Rãnh Mariana.

Nỗ lực mới nhất

James Cameron

Cameron chỉ là người thứ ba chiêm ngưỡng quang cảnh hoang vu như trên Mặt Trăng ở đáy rãnh. May mắn cho chúng ta là ông đã đem theo máy quay ba chiều. Những thước phim ông quay lại cho thấy những sinh vật biển đáng kinh ngạc từ dưới biển cho đến tận đáy rãnh. Những hình ảnh này đã được các nhà khoa học trên khắp thế giới nghiên cứu kỹ để tìm hiểu xem phải làm sao sống được ở dưới đáy biển sâu.

Đây là nỗ lực mới nhất của con người trong hành trình 200 năm khám phá nơi sâu nhất dưới đáy biển – nơi cuối cùng trên Trái Đất mà chúng ta chưa biết được.

Ở dưới đáy rãnh sâu như Rãnh Mariana, nước biển lạnh giá, không có ánh sáng còn áp lực có thể nghiền nát mọi thứ. Ấy vậy mà, sự sống vẫn có thể tồn tại được và chúng ta chỉ mới bắt đầu hiểu được tại sao.

Cho đến cuối thế kỷ 19 thì nhân loại vẫn còn biết rất ít về đại dương. Dân gian và thần thoại sáng tạo ra hình ảnh những con quái vật biển khủng khiếp còn nhà văn khoa học viễn tưởng Jules Verne của Pháp đã tưởng tượng rằng ở giữa lòng đại dương có ‘sự sống khổng lồ từ thời đại khác’. Nhưng đa số các nhà khoa học cho rằng bóng tối và sự lạnh lẽo khiến đáy biển là nơi không thể sống được.

Vào thời đại Victoria ở nước Anh, nhà khoa học Edward Forbes đã nạo vét biển Aegae và phát hiện ra rằng càng xuống sâu thì càng có ít sinh vật. Ông đã đi đến kết luận rằng không có sự sống bên ngoài độ sâu 550 mét.

HMS Challenger

Trong những năm từ 1872 cho đến 1876, tàu HMS Challenger đã đi một hành trình dài 127.653km để ghi chép lại các sinh vật ở tất cả các vùng biển và đại dương trên thế giới. Tổng cộng đã có 4.700 sinh vật mới được phát hiện, trong số đó có những sinh vật sống dưới đáy lần đầu tiên được biết đến.

Chuyến thám hiểm này cũng đã phát hiện được điểm sâu nhất của đại dương. Nằm ở phía Nam Nhật Bản, có một rãnh nứt hình lưỡi liềm được gọi là Rãnh Mariana và ở đầu phía nam của rãnh, đáy biển dưới như biến mất. Vào năm 1875, các nhà khoa học trên tàu HMS Challenger đã ghi nhận độ sâu 8.184 mét. Giờ đây chúng ta biết nó có độ sâu ít nhất là 10.916 mét. Hố lõm gần như không có đáy này được đặt tên là Challenger Deep, tức đặt tên theo tên con tàu.

Gần một thế kỷ sau, con người đã đến đáy của khe Challenger Deep. Vào ngày 23/1 năm 1960, nhà hải dương học Jacques Piccard và Đại úy Don Walsh của Hải quân Mỹ đã lái chiếc tàu ngầm có tên Trieste đi thám hiểm đáy đại dương.

Hành trình này mất 4 giờ 47 phút. Khi họ đến được đáy, họ đã không thể chụp được tấm ảnh nào do bùn bị khuấy lên và che khuất. Dù sao đi nữa thì cuộc tranh cãi về việc có sự sống dưới đáy biển hay không đã được giải quyết. Đèn pha của tàu Trieste đã phát hiện một sinh vật mà Piccard cho là cá bẹt nhưng giờ đây đã được xác định là một loài dưa chuột biển.

Có nhiều sự sống

Giờ đây, mọi người đều biết rằng đáy biển dường như có rất nhiều sự sống. Hồi cuối năm 2014, ông Jeffrey Drazen tại Đại học Hawaii ở Honolulu đã dẫn đầu một cuộc thám hiểm đến Rãnh Mariana. Nhóm của ông đã sử dụng năm thiết bị di chuyển điều khiển từ xa để khám phá phần sâu nhất của rãnh cũng như dọc theo vách rãnh. Ông đã rất ngạc nhiên khi thấy sự phong phú và đa dạng của sự sống dọc theo vách rãnh.

Thách thức đầu tiên đối với các sinh vật khi chúng sống ở đáy biển là bóng tối hoàn toàn. Một số loài có đôi mắt khổng lồ để bắt được những tia sáng dù là mờ nhất. Một số khác đã từ bỏ chức năng của thị giác và dựa vào xúc giác cũng như sự rung động để cảm nhận con mồi. Có những loài có khả năng tự phát sáng nhờ một quá trình gọi là phát sáng sinh học. Ánh sáng này có thể dùng để thu hút con mồi hay bạn tình.

Bóng tối cũng gây ra một vấn đề nữa. Không có ánh sáng mặt trời cũng đồng nghĩa với việc không có tảo hay cây cỏ nào để cung cấp cho chuỗi thức ăn. Do đó, thức ăn dưới đáy biển rất hiếm hoi. Các sinh vật dưới đáy phải dựa vào xác phân hủy của các sinh vật khác từ phía tầng nước trên chìm xuống sau khi chết. Nguồn xác phân hủy dồi dào có lẽ là lý do tạo ra hệ sinh thái phong phú mà Drazen tìm thấy ở Rãnh Mariana.

Đôi khi xác một con cá voi là một đại tiệc cho các sinh vật dưới đáy. Có loài cá làm hang phía trong xác và ăn từ trong ra ngoài trong khi loài sâu ăn xương thì tiêu thụ phần xương. Ngoài ra cũng có các loài săn mồi nhưng loài bọt biển bóng bàn (ping-pong tree sponge) sử dụng những chiếc xiên nhọn để đâm xuyên con mồi.

Môi trường chết chóc

Tuy nhiên, chính đặc điểm vật lý dưới đáy biển khiến nó trở thành môi trường chết chóc. Nhiệt độ lạnh giá trong khoảng -1 cho đến 4 độ C ở hầu hết các nơi. Đáng sợ hơn nữa, áp lực lên đến tám tấn mỗi inch – tức là nhiều hơn mức sức ép bình thường ở trên mặt biển một ngàn lần.

Sự kết hợp giữa giá lạnh và áp lực đã có những tác động lạ lùng lên cơ thể các sinh vật. Tất cả tế bào ở động vật đều được bao quanh bởi một lớp màng bằng chất béo. Lớp màng này phải ở dạng lỏng để truyền tín hiệu thần kinh và giúp cho quá trình trao đổi chất bên trong và bên ngoài tế bào. Điều kiện dưới đáy biển sẽ làm cho lớp màng này cô đặc lại. Do đó, các động vật dưới đáy phải điều chỉnh lớp màng này sao cho chúng luôn ở dạng lỏng. Chúng làm điều này bằng cách tích trữ nhiều mỡ không bão hòa – một nhóm các hóa chất trong đó có dầu thực vật – trong lớp màng này.

Mà không chỉ lớp màng tế bào. Áp lực cũng tác động làm tê liệt các protein, tức các phân tử lớn chịu trách nhiệm phần lớn các hoạt động bên trong tế bào, chẳng hạn như chuyển hóa thức ăn thành năng lượng. Để có thể hoạt động được, các protein phải được tự do thay dổi hình dạng và kích thước nhưng điều này rất khó thực hiện trong môi trường có áp lực cao.

Chuyến đi của đạo diễn James Cameron đã phát hiện được rất nhiều sinh vật dưới đáy biển. Đối với đa số chúng ta thì những sinh vật này hoàn toàn khác thường.

Những sinh vật lạ lùng

Máy quay của tàu ngầm đã ghi hình lại được những động vật trôi nổi như loài giáp xác chân hai loại có hình dạng giống như loài tôm. Mặc dù đa phần các loài sinh vật trôi nổi trên đại dương chỉ dài khoảng 3cm nhưng những loài tìm thấy ở khe Challenger Deep lại dài đến hơn một foot.

Loài sinh vật xuất hiện nhiều nhất trong đoạn phim được Cameron quay lại là loài trùng lỗ, tức là những sinh vật đơn bào khổng lồ. Chúng sinh sống ở những ở lớp đất dưới đáy biển trên khắp thế giới, bao gồm ở những nơi môi trường vô cùng khắc nghiệt.

Đoạn băng này cũng cho thấy các sinh vật giống như một loạt những vật hình que chôn vùi trong cát. Nhưng các nhà khoa học đã nhanh chóng nhận ra chúng là dưa chuột biển: một loài giống như sâu với cơ thể dai và chùm xúc tu gần miệng.

Nhưng cho dù có phát hiện nào đi nữa thì phát hiện mang tính đột phá nhất về sự sống dưới đáy đại dương có lẽ những sinh vật mà chúng ta không nhìn thấy được thậm chí với cả máy quay có độ phân giải cao của James Cameron: vi khuẩn.

Phân tích cấu trúc gien của vi khuẩn cho thấy chúng có thể sinh tồn bằng cách tiêu thụ các khí như methane và hydrogen vốn thoát ra từ đáy biển khi các mảng kiến tạo địa chất ở cả hai phía của rãnh Mariana cọ xát vào nhau. Môi trường dưới đáy biển sâu như thế là một trong những nơi được cho là khởi thủy sự sống trên Trái đất. Do đó, các vi khuẩn ở rãnh Mariana sẽ giúp chúng ta hiểu được sự sống bắt đầu như thế nào.

Jasmin Fox-Skelly