Vi khuẩn trong lá kim cây vân sam thúc đẩy quá trình hình thành hạt nano vàng

Các nhà khoa học Phần Lan vừa công bố một ví dụ đáng kinh ngạc về sự cộng sinh giữa thế giới thực vật và vi sinh vật, liên quan đến sự tích tụ của kim loại quý. Phát hiện này không chỉ là một sự tò mò của tự nhiên mà còn là một bước đột phá trong địa chất học. Các nhà nghiên cứu đã ghi nhận rằng các vi khuẩn nội sinh cư trú bên trong lá kim của cây vân sam thông thường (Picea abies) đóng vai trò tích cực, thậm chí là thiết yếu, trong việc tạo ra các hạt nano vàng. Thông tin quan trọng này, được xuất bản trên tạp chí khoa học uy tín BMC Microbiology, đang định hình lại nhận thức của chúng ta về mối liên hệ phức tạp và sâu sắc giữa các mỏ khoáng sản dưới lòng đất, hệ thực vật địa phương và các cộng đồng vi sinh vật tồn tại trong chúng.

Để đi đến kết luận này, một nhóm chuyên gia đến từ Đại học Oulu và Cục Khảo sát Địa chất Phần Lan đã tiến hành một chương trình phân tích mẫu vật cực kỳ kỹ lưỡng. Họ thu thập tổng cộng 138 mẫu lá kim từ 23 cây vân sam. Những cây này được chọn lọc vì chúng mọc trong khu vực lân cận Mỏ Kittilä—hiện là cơ sở khai thác vàng lớn nhất châu Âu. Kết quả phân tích đã mang lại bằng chứng rõ ràng: Trong số các mẫu được lấy từ bốn cây cụ thể, các nhà khoa học đã phát hiện ra sự hiện diện của các hạt vàng siêu nhỏ. Điều đáng chú ý là những hạt này không tồn tại đơn lẻ mà được bao bọc trong các màng sinh học (biofilms) phức tạp do vi khuẩn tạo ra. Phân tích DNA chuyên sâu sau đó đã xác định sự ưu thế của một số chi vi khuẩn nhất định trong các mẫu "chứa vàng" này, đặc biệt là Cutibacterium và Corynebacterium, chứng minh vai trò trung tâm của chúng trong quá trình này.

Cơ chế sinh học được thiết lập có thể được mô tả chi tiết hơn: Các ion vàng hòa tan, vốn bị rửa trôi tự nhiên từ các mạch quặng sâu dưới lòng đất, được rễ cây vân sam hấp thụ. Sau đó, chúng được vận chuyển qua hệ thống mạch dẫn của cây và tích tụ tại lá kim. Chính tại vị trí này, nhờ hoạt động xúc tác của các vi khuẩn nội sinh, chất vàng hòa tan được kích thích kết tủa và chuyển hóa trở lại thành trạng thái kim loại rắn. Quá trình này dẫn đến sự hình thành các hạt nano có kích thước cực kỳ nhỏ, chỉ khoảng vài nanomet. Mặc dù số lượng vàng được "sản xuất" theo cách tự nhiên này không đủ lớn để có giá trị thương mại, nhưng việc hiểu rõ cơ chế này lại mở ra những chân trời mới đầy hứa hẹn cho công tác thăm dò địa chất sinh học. Hiện tượng khoáng hóa sinh học (biomineralization) tương tự đã từng được ghi nhận, ví dụ như sự tích tụ vàng trong lá bạch đàn Úc (eucalyptus). Tuy nhiên, đây là lần đầu tiên một mối liên hệ trực tiếp và rõ ràng được xác định với một cộng đồng vi sinh vật thường trú, ổn định bên trong cấu trúc của chính thực vật.

Việc thấu hiểu tường tận quá trình sinh học độc đáo này có thể đóng vai trò là chất xúc tác mạnh mẽ cho việc phát triển các phương pháp tìm kiếm tài nguyên quý giá một cách thân thiện với môi trường hơn, tránh xa các kỹ thuật khai thác xâm lấn truyền thống. Điều này mang lại một cách tiếp cận hài hòa và bền vững hơn đối với việc khám phá và đánh giá trữ lượng khoáng sản dưới lòng đất. Song song với khám phá khoa học mới mẻ này, nhân loại đã và đang ứng dụng các quy trình tương tự, dựa trên vi sinh vật, ở quy mô công nghiệp lớn. Công nghệ chiết xuất bằng vi khuẩn (bacterial leaching), vốn dựa trên khả năng đặc biệt của vi sinh vật trong việc oxy hóa các hợp chất sulfua, cho phép tăng tốc đáng kể quá trình giải phóng vàng từ các loại quặng khó xử lý. Ví dụ điển hình là việc Liên Xô (USSR) đã khởi động cơ sở thí nghiệm đầu tiên về chế biến thủy luyện sinh học (biohydrometallurgy) vào năm 1974. Ngày nay, các công nghệ tiên tiến này tiếp tục được áp dụng rộng rãi, chẳng hạn như tại mỏ Olympiadinskoye, nơi chúng được sử dụng để thu hồi kim loại vàng bị khóa chặt trong lớp vỏ sulfua cứng rắn, chứng minh tầm quan trọng lâu dài của vi sinh vật trong ngành công nghiệp khai khoáng.