MISO: Vi Khuẩn "Hít Thở Gỉ Sét" Và Cơ Chế Thanh Lọc Độc Tố Đại Dương

Một nhóm các nhà khoa học quốc tế, đứng đầu là hai nhà vi sinh vật học Mark Mussmann và Alexander Loy từ Đại học Vienna, đã công bố một quá trình sinh học chưa từng được biết đến trước đây, đóng vai trò then chốt trong các chu trình nguyên tố toàn cầu. Con đường mới này được đặt tên là MISO (Microbial Iron Sulfide Oxidation) – tạm dịch là Quá trình Oxy hóa Sulfide Sắt của Vi sinh vật. Về cơ bản, MISO cho phép các vi sinh vật sử dụng các khoáng chất sắt rắn như một nguồn năng lượng, đồng thời thực hiện nhiệm vụ trung hòa hydrogen sulfide độc hại.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng sự tương tác giữa hydrogen sulfide cực độc và các dạng rắn của oxit sắt(III) – thứ mà chúng ta thường gọi là "gỉ sét" thông thường – không chỉ là một phản ứng hóa học đơn thuần. Thay vào đó, đây là một quá trình sinh học sống phức tạp, do các vi khuẩn thực hiện. Các vi khuẩn MISO, chẳng hạn như loài Desulfovibrio alkaliphilus, đã được chứng minh có khả năng "hít thở sắt", biến đổi sulfide thành sulfate với tốc độ nhanh hơn gấp mười lần so với môi trường phi sinh học.

Những sinh vật thích nghi tuyệt vời này cư ngụ chủ yếu trong các khu vực kỵ khí (không có oxy) của trầm tích đáy biển và đất ẩm, nơi môi trường khắc nghiệt đòi hỏi cơ chế sinh tồn đặc biệt. Tại những nơi tưởng chừng như không thể tồn tại sự sống do thiếu oxy, sự sống vẫn tìm được lối đi thông qua việc sử dụng sắt. Cơ chế trao đổi chất MISO này là sự kết hợp thông minh giữa sự khử sắt(III) với quá trình oxy hóa hydrogen sulfide.

Quá trình này tạo ra năng lượng cần thiết cho vi khuẩn phát triển và sinh sôi, về mặt chức năng, nó tương tự như cách thực vật hấp thụ ánh sáng mặt trời để thực hiện quá trình quang hợp. Sự hoạt động của MISO không chỉ giới hạn trong phạm vi trao đổi chất cá nhân của vi khuẩn mà còn có ý nghĩa lớn hơn đối với hệ sinh thái.

Cơ chế trao đổi chất độc đáo này tạo ra một mối liên kết chặt chẽ và không thể tách rời giữa chu trình lưu huỳnh, chu trình sắt và chu trình carbon trên quy mô toàn cầu. Thông qua việc điều chỉnh các yếu tố hóa học quan trọng này, các vi sinh vật MISO trở thành những kiến trúc sư vô hình nhưng cực kỳ quan trọng, duy trì sự cân bằng khí hậu và sinh địa hóa của Trái Đất.

Các nhà khoa học đã ước tính rằng hoạt động của vi khuẩn MISO có thể chịu trách nhiệm cho việc oxy hóa tới 7% tổng lượng sulfide toàn cầu có mặt trong trầm tích biển. Bằng cách này, chúng hoạt động như một bộ đệm tự nhiên, ngăn chặn sự mở rộng của các "vùng chết" thiếu oxy trong đại dương – những khu vực mà hydrogen sulfide tích tụ và sự sống biến mất, gây ra mối đe dọa nghiêm trọng cho đa dạng sinh học biển. Nhấn mạnh về tầm quan trọng của phát hiện này, Alexander Loy khẳng định: "Khám phá này minh chứng cho sự khéo léo trong trao đổi chất của vi sinh vật và vai trò không thể thiếu của chúng trong việc định hình các chu trình sinh địa hóa toàn cầu."

Công trình nghiên cứu quan trọng này đã được đăng tải trên tạp chí khoa học danh tiếng Nature. Nó mở ra những chân trời mới trong việc thấu hiểu sự bền vững của hành tinh, nhắc nhở chúng ta rằng ngay cả những dạng sống vô hình nhất cũng tham gia vào bản giao hưởng cân bằng mà chúng ta gọi là Trái Đất Sống.