Giải thích nguồn gốc bí ẩn của metan dưới đại dương

Dân trí Trong nhiều thập kỷ qua, các nhà hóa học biển đã phải đối mặt với một nghịch lý khó giải thích: Nước mặt của các đại dương trên thế giới quá bão hòa khí nhà kính metan, nhưng hầu hết các loài vi khuẩn có thể sản sinh khí này, lại không thể sống sót trong các vùng nước mặt giàu oxy. Vậy metan bắt nguồn từ đâu?

Bí ẩn lâu đời này được gọi là "nghịch lý metan trên biển", cuối cùng đã được giải thích bằng một nghiên cứu mới của Viện Hải dương học Woods Hole (WHOI).

Theo Dan Repeta, chuyên gia địa hóa học và là đồng tác giả nghiên cứu, câu trả lời có thể nằm ở cách vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ hòa tan - hỗn hợp các chất do các sinh vật sống tiết vào nước biển.

Giải thích nguồn gốc bí ẩn của metan dưới đại dương - 1

Repeta và các cộng sự tại Trường Đại học Hawaii đã phát hiện ra rằng phần lớn chất hữu cơ hòa tan của đại dương được cấu thành từ polysaccharide, các chuỗi dài phân tử đường do vi khuẩn quang hợp tạo nên ở vùng biển nông. Vi khuẩn phân hủy chậm polysaccharide, tách các cặp nguyên tử cacbon và phốtpho (gọi là liên kết C-P) từ cấu trúc phân tử của chúng. Trong quá trình này, vi khuẩn sinh ra các sản phẩm phụ là khí metan, etylen và propylen. Hầu hết metan thải vào bầu khí quyển.

Metan là khí nhà kính mạnh và điều quan trọng là phải tìm hiểu các nguồn gốc khác nhau gây phát thải khí metan vào khí quyển. Nghiên cứu mô tả con đường mới sản sinh metan từ vi khuẩn trong môi trường, không giống tất cả các con đường quen thuộc khác.

Trước khi thực hiện nghiên cứu này, các nhà khoa học từ lâu nghi ngờ rằng vi khuẩn đã tham gia sản sinh khí metan trong đại dương, nhưng không thể xác định chính xác các vi khuẩn đó.

"Ban đầu, hầu hết các nhà khoa học đã nghiên cứu vi khuẩn sống trong môi trường tách biệt ít oxy giống như ruột cá hoặc tôm, nhưng nhanh chóng nhận ra rằng đó không thể là nguyên nhân chính. Quá nhiều nước bão hòa oxy chảy qua đó", Repeta nói. Nhiều nhà nghiên cứu cũng đã kiểm tra chất keo tụ, những mẩu phân gia súc và chất hữu cơ khác trông giống tuyết nổi trong nước biển. Bên trong một số chất là điều kiện ít oxy, nhưng cuối cùng chúng không phải là nguồn thải metan lớn.

Năm 2009, David Karl, một trong những đồng tác giả nghiên cứu, đã tìm thấy manh mối quan trọng cho bí ẩn. Trong phòng thí nghiệm, David Karl đã bổ sung một hóa chất nhân tạo được gọi là methylphosphonate chứa nhiều liên kết C-P vào trong các mẫu nước biển. Các vi khuẩn trong mẫu thí nghiệm ngay lập tức sản sinh metan, chứng tỏ vi khuẩn có thể tận dụng lợi thế của các liên kết C-P do hóa chất cung cấp. Do methylphosphonate chưa bao giờ được phát hiện trong đại dương, nên nhóm nghiên cứu lập luận rằng vi khuẩn trong tự nhiên phải tìm một nguồn khác tạo nên các liên kết C-P trong tự nhiên. Tuy nhiên, nguồn gốc cụ thể vẫn chưa được xác định.

Sau khi phân tích các mẫu chất hữu cơ hòa tan trên nước mặt ở Bắc Thái Bình Dương, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các polysaccharide bên trong nó đã biến đổi để tạo các liên kết C-P giống như các liên kết trong methylphosphonate - và nếu vi khuẩn có thể phá vỡ các phân tử này, chúng sẽ tiếp cận với phốtpho chứa trong nó.

Để xác nhận ý tưởng này, nhóm nghiên cứu đã ủ vi khuẩn biển trong điều kiện khác nhau bằng cách bổ sung các chất dinh dưỡng như đường glucose và nitrat vào mỗi mẻ vi khuẩn. Vi khuẩn không thể sản sinh metan cho đến khi chúng được bổ sung polysaccharide tinh khiết được phân lập từ nước biển. Khi vi khuẩn ở trong hỗn hợp này, hoạt động của chúng tăng vọt và bắt đầu thải ra khối lượng lớn metan.

Sau đó, Repeta và Edward DeLong, đồng tác giả nghiên cứu tại trường Đại học Hawaii đã khám phá ra phương thức vi khuẩn chuyển hóa chất hữu cơ hòa tan. Sử dụng một quá trình gọi là đa hệ gen, DeLong đã phân mục tất cả các gen có thể được tìm thấy trong một mẫu nước biển ở Bắc Thái Bình Dương. Trong quá trình này, ông đã tìm thấy các gen chịu trách nhiệm phân tách liên kết C-P, cho phép vi khuẩn lấy phốtpho từ các nguyên tử cacbon. Dù chưa xác định được vi khuẩn nào trên thực tế làm được điều này, nhưng rõ ràng nếu gen hoạt động, thì sẽ cho phép vi khuẩn tiếp cận với chất dinh dưỡng quan trọng nhưng hiếm có trong nước biển.

Repeta cho rằng: "Giữa đại dương là một hệ thống dinh dưỡng hạn chế. Để tạo ADN, ARN và protein, bạn cần có nitơ và phốtpho, nhưng trong đại dương, các dưỡng chất đó ở nồng độ thấp gần như vô hạn". Thay vì sử dụng các chất dinh dưỡng trôi nổi tự do trong nước, nghiên cứu của DeLong đã chỉ rõ, các vi khuẩn bằng cách nào đó có thể khai thác nitơ và phốtpho ẩn sâu bên trong các phân tử hữu cơ.

Mặc dù báo cáo nghiên cứu mới nhất của Repeta khẳng định vi khuẩn có thể phá vỡ liên kết C-P, nhưng ông lưu ý đây không phải là một phương thức đặc biệt dễ dàng để tiếp cận với các chất dinh dưỡng. Với phốtpho trong các phân tử hữu cơ, vi khuẩn rất khó tiếp cận. Nếu vi khuẩn có thể tìm kiếm các nguồn dưỡng chất khác, chúng chắc chắn sẽ sử dụng các dưỡng chất này đầu tiên.

N.P.D-NASATI (Theo Phys)

MỚI NHẤT
Lý giải khả năng san hô sống sót khỏi thảm họa môi trường
Lý giải khả năng san hô sống sót khỏi thảm họa môi trường

(Dân trí) - Dữ liệu mới về trình tự bộ gen cho thấy san hô ở vùng biển Caribê đã sống sót khỏi các sự kiện tuyệt chủng hàng loạt do biến đổi môi trường, có thể hồi phục và mở rộng quần thể của chúng.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 07:09

Enzym từ vi khuẩn có thể sản xuất nhựa phân hủy sinh học
Enzym từ vi khuẩn có thể sản xuất nhựa phân hủy sinh học

(Dân trí) - Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã xác định được cấu trúc enzym từ vi khuẩn dùng để sản xuất nhựa phân hủy sinh học, một bước tiến giúp các kỹ sư hóa học tinh chỉnh enzym để nó trở nên có ích trên quy mô công nghiệp.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 07:04

Giải nhất Nhân tài Đất Việt 2016 tiếp tục “đoạt vàng” ở Giải thưởng ASEAN ICT Awards
Giải nhất Nhân tài Đất Việt 2016 tiếp tục “đoạt vàng” ở Giải thưởng ASEAN ICT Awards

(Dân trí) - Chưa đầy một tuần sau khi nhận Giải nhất hệ thống sản phẩm CNTT ứng dụng trên thiết bị di động của Giải thưởng Nhân tài Đất Việt, ứng dụng Khỉ con tinh nghịch (Monkey Junior) lại đoạt giải vàng tại hạng mục Startup xuất sắc nhất của Giải thưởng ASEAN ICT Awards vừa được công bố tối 25/11.

Thứ bảy, 26/11/2016 - 12:15

Bí ẩn về quả cầu màu xanh lớn ở phía trước mặt trời
Bí ẩn về quả cầu màu xanh lớn ở phía trước mặt trời

(Dân trí) - Quả cầu màu xanh lớn ở phía trước mặt trời do máy ảnh của NASA chụp lại với hình ảnh phóng đại ở phía bên phải đã làm các nhà khoa học theo thuyết âm mưu bối rối.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 02:24

Vì sao vết thương lâu lành theo tuổi tác?
Vì sao vết thương lâu lành theo tuổi tác?

(Dân trí) - Quá trình lão hóa trên thực tế đã được chứng minh từ chiến tranh thế giới thứ nhất với quan sát cho thấy vết thương của người lính già lâu lành hơn. Nhưng, cho đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa xác định được những thay đổi nào liên quan đến tuổi tác, cản trở khả năng phục hồi của cơ thể.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 01:42

Khoảnh khắc chú chim thông minh tấn công và “xơi tái” rắn độc
Khoảnh khắc chú chim thông minh tấn công và “xơi tái” rắn độc

(Dân trí) - Trận chiến vô cùng thú vị giữa một con chim thuộc bộ Sẻ với một con rắn độc được nhà quay phim 53 tuổi Frank De Souza ghi lại ở công viên Marloth, Nam Phi. Với lợi thế di chuyên liên tục ở trên không và dùng mỏ tấn công trực diện vào đầu rắn, chú chim nhỏ đã “hạ gục” đối thủ.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 01:01

Thiết kế hệ thống khai thác CO2 hiệu quả hơn
Thiết kế hệ thống khai thác CO2 hiệu quả hơn

(Dân trí) - Nhóm nghiên cứu tại Viện Vi sinh vật trái đất Max-Planck (MPI) ở Đức đã khai thác chuyên môn về tổng hợp ADN của Viện Nghiên cứu bộ gen (JGI) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ để đảo ngược con đường sinh học tổng hợp nhằm cố định cacbon hiệu quả hơn.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 10:14

Một lỗi sai lầm ngớ ngẩn trong tính toán đã làm tàu đổ bộ Schiaparelli tận số
Một lỗi sai lầm ngớ ngẩn trong tính toán đã làm tàu đổ bộ Schiaparelli tận số

(Dân trí) - Cơ quan vũ trụ châu Âu (ESA) đã tiết lộ thông tin mới về vụ va chạm của tàu độ bổ sao Hỏa ExoMars Schiaparelli. Ngay sau khi triển khai bung dù, con tàu đã thực hiện một tính toán sai lầm khiến nó tưởng mình đã ở bên dưới bề mặt sao Hỏa, trong khi thực tế nó vẫn cách mặt đất gần 3,22 km.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 07:30

Chú chó của bạn sẽ nhớ được những gì bạn đã làm
Chú chó của bạn sẽ nhớ được những gì bạn đã làm

(Dân trí) - Con người có một khả năng đặc biệt để ghi nhớ và nhớ lại các sự kiện trong quá khứ, cho dù những sự kiện đó không có điểm quan trọng đặc biệt nào khi xảy ra. Mới đây các nhà nghiên cứu đã đưa ra bằng chứng cho thấy loài chó cũng có dạng “trí nhớ phân đoạn” như vậy.

Thứ sáu, 25/11/2016 - 06:27

Cận cảnh báo đốm nhảy thẳng vào hang để “hạ gục” lợn rừng
Cận cảnh báo đốm nhảy thẳng vào hang để “hạ gục” lợn rừng

(Dân trí) - Báo đốm phát hiện thấy lợn rừng đang đào hang và nó nhanh chóng tiếp cận. Nhân lúc lợn rừng không chú ý, báo đốm nhảy thẳng vào hang và dùng hàm răng chắc khỏe của mình để “hạ gục” con mồi. Với quai hàm khỏe, báo đốm có thể săn bắt hươu, nai, chuột lang nước và lợn lòi Pecari, thậm chí là cá sấu và trăn.

Thứ năm, 24/11/2016 - 08:43

Nghi thức tang lễ kiểu hỏa táng đã có từ gần 10.000 năm trước
Nghi thức tang lễ kiểu hỏa táng đã có từ gần 10.000 năm trước

Ngày 23/11, các nhà khoa học Đức và Brazil thông báo đã phát hiện những dấu tích lâu đời minh chứng cho sự tồn tại những nghi thức tang lễ theo kiểu hỏa táng, xử lý thi thể người quá cố hay thậm chí có thể là ăn thịt người chết tại Brazil từ gần 10.000 năm trước.

Thứ năm, 24/11/2016 - 07:56

Bãi biển Cửa Đại sạt lở nặng do thiếu hụt bùn cát
Bãi biển Cửa Đại sạt lở nặng do thiếu hụt bùn cát

(Dân trí) - Đó là khẳng định của PGS.TS. Nguyễn Chu Hồi – giảng viên cao cấp ĐH Quốc gia Hà Nội – tại buổi đối thoại bàn tròn cấp cao về Quản lý tổng hợp lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn và vùng bờ Đà Nẵng – Quảng Nam: Một cách tiếp cận”Từ đầu nguồn xuống biển”.

Thứ năm, 24/11/2016 - 03:59

ĐÁNG QUAN TÂM
Phụ nữ vẫn luôn sống lâu hơn nam giới
Phụ nữ vẫn luôn sống lâu hơn nam giới

(Dân trí) - Nhìn dáng vóc lực lưỡng, tưởng như nam sống lâu hơn nữ, nhưng ngược lại, đàn ông vẫn không sống lâu bằng phụ nữ - và điều này cũng đúng đối với người anh em họ linh trưởng của con người, theo một nghiên cứu mới cho biết.

Thứ năm, 24/11/2016 - 09:10

Hệ thống dự báo chính xác rủi ro của các sản phẩm hóa học mới
Hệ thống dự báo chính xác rủi ro của các sản phẩm hóa học mới

(Dân trí) - Nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học North Carolina đã đưa ra một phương thức cải tiến, có thể làm tăng 85% độ chính xác trong việc sàng lọc tác dụng độc hại của các sản phẩm hóa học mới, tiết kiệm hàng triệu đô la và thời gian nhiều năm bào chế thuốc mới và các sản phẩm khác trong khi vẫn cải thiện độ an toàn.

Thứ năm, 24/11/2016 - 07:07

Các nhà khoa học khám phá liệu pháp điều trị bệnh não mới
Các nhà khoa học khám phá liệu pháp điều trị bệnh não mới

(Dân trí) - Các nhà khoa học châu Âu đã hợp tác để tìm hiểu thêm về chẩn đoán và điều trị rối loạn tâm thần, một trong những thách thức lớn nhất trong y học hiện đại.

Thứ năm, 24/11/2016 - 06:58

Kỹ thuật mới chụp ảnh 3D cho pin mặt trời
Kỹ thuật mới chụp ảnh 3D cho pin mặt trời

(Dân trí) - Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm năng lượng Lawrence Berkeley thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đã tìm ra cách sử dụng kính hiển vi quang học để lập bản đồ pin mặt trời màng mỏng ở dạng 3D khi chúng hấp thụ photon.

Thứ năm, 24/11/2016 - 06:51

Táo bón có thể liên quan tới bệnh thận
Táo bón có thể liên quan tới bệnh thận

(Dân trí) - Nghiên cứu mới của Đại học Tennessee, Mỹ chỉ ra rằng táo bón bản thân nó không gây nguy hiểm nhưng có thể là dấu hiệu sức khoẻ thận kém. Các biến chứng của táo bón rất hiếm nhưng táo bón kéo dài có thể dẫn tới những rối loạn sức khoẻ nghiêm trọng.

Thứ tư, 23/11/2016 - 05:33

Tàu chiến công nghệ cao và đắt tiền nhất của Hải quân Hoa Kỳ bị hỏng lần thứ hai
Tàu chiến công nghệ cao và đắt tiền nhất của Hải quân Hoa Kỳ bị hỏng lần thứ hai

(Dân trí) - Chiếc tàu khu trục có chi phí đắt nhất và công nghệ cao nhất trong lịch sử hải quân Mỹ đã bị hỏng trong chuyến đi đầu tiên đến cảng của mình.

Thứ tư, 23/11/2016 - 04:51

Phát minh công nghệ "siêu pin" mới: Sạc đầy chỉ vài giây, dùng cả tuần
Phát minh công nghệ "siêu pin" mới: Sạc đầy chỉ vài giây, dùng cả tuần

(Dân trí) - Nỗi ám ảnh về pin trên các thiết bị di động có khả năng sẽ sớm được loại bỏ trong tương lai khi mà các nhà khoa học mới đây đã tìm ra cách chế tạo "siêu pin" với hiệu năng vượt trội so với loại pin lithium-ion phổ biến hiện nay.

Thứ tư, 23/11/2016 - 11:52

Lão nông sáng chế “máy cấy không động cơ” được khen thưởng
Lão nông sáng chế “máy cấy không động cơ” được khen thưởng

(Dân trí) - Với sáng chế “máy cấy không động cơ”, lão nông Vũ Văn Dung, ở Ninh Bình đã được Bộ trưởng NN&PTNT tặng bằng khen vì đã góp phần vào sự nghiệp phát triển nông nghiệp nông thôn Việt Nam.

Thứ tư, 23/11/2016 - 10:53

Biến đổi khí nhà kính thành xăng
Biến đổi khí nhà kính thành xăng

(Dân trí) - Một vật liệu xúc tác mới do các nhà hóa học tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) chế tạo, có thể sản xuất nhiên liệu lỏng từ CO2, nguồn khí nhà kính chủ yếu.

Thứ tư, 23/11/2016 - 10:45

Tại sao nước Nhật lại phải hứng chịu nhiều trận động đất lớn?
Tại sao nước Nhật lại phải hứng chịu nhiều trận động đất lớn?

(Dân trí) - Ngày 21/11, một trận động đất với cường độ 6,9 độ richter đã xảy ra ở ngoài khơi bờ biển Fukushima, Nhật Bản, có khả năng nguyên nhân là do cùng sự đứt gãy đã gây ra trận động đất 9,0 độ richter – trận động đất tạo nên cơn sóng thần chết người và tàn phá trên diện rộng năm 2011.

Thứ tư, 23/11/2016 - 10:23

Kỹ thuật chỉnh sửa gen lần đầu tiên được thử nghiệm trên người
Kỹ thuật chỉnh sửa gen lần đầu tiên được thử nghiệm trên người

(Dân trí) - Kỹ thuật chỉnh sửa gen CRISPR-Cas9 là công cụ đầy hứa hẹn trong cuộc chiến chống lại các tình trạng như thoái hóa võng mạc, loạn dưỡng cơ và HIV nhưng những thử nghiệm cho đến nay vẫn còn đang bị giới hạn trong các tế bào nuôi cấy và thí nghiệm trên chuột.

Thứ tư, 23/11/2016 - 07:16

Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi các quá trình của hệ sinh thái
Biến đổi khí hậu đang làm thay đổi các quá trình của hệ sinh thái

(Dân trí) - Hầu hết các nghiên cứu về biến đổi khí hậu trên toàn cầu đều nỗ lực dự báo những gì sẽ xảy ra với Trái đất trong tương lai khi nhiệt độ tăng.

Thứ tư, 23/11/2016 - 07:03