Khám Phá Lỗ Thông Hơi Thủy Nhiệt Dưới Đáy Biển Sâu | Thiên Hà TV

Biển sâu có thể là một cõi cản cỗi, với độ sâu ngày càng tăng, sự suy giảm sinh khối theo cấp số nhân đã khiến các sinh vật dưới đáy biển thích nghi theo những cách kỳ lạ và tuyệt vời. Những sinh vật này phải dựa vào tuyết biển làm nguồn thức ăn. Một dòng phân nhỏ giọt và vật liệu hữu cơ chết trôi xuống từ vùng nước bề mặt, nơi có thể có năng suất quang hợp sơ cấp. Dưới độ sâu 200 mét, mắc độ ảnh sáng xung quanh từ mặt trời quá thấp để quá trình quang hợp diễn ra. Và ở độ sâu khoảng 1.000 mét, ngoài ảnh sáng phát quan sinh học nhấp nháy không thường xuyên, đại dương hoàn toàn chìm trong bóng túi thuần khiết. Nếu không có quang hợp, nguồn cung cấp phế liệu là tất cả những gì còn lại để nuôi dưỡng bất kỳ sự sống nào. Tuy nhiên, dưới đáy biển sâu có những khu vực quan trọng, có thể sản xuất sơ cấp, thông qua một cơ chế khác gọi là tổng hợp hóa học. Đây là những ốc đảo tổng hợp hóa học của biển sâu, đại diện trong một số địa điểm duy nhất trên trái đất, nơi nguồn năng lượng cuối cùng cho sự sống không phải là ánh sáng mặt trời, mà chính là trái đất. Chúng ta sẽ cùng khám phá sự hình thành và hệ sinh thái của chúng, những diên vật độc lạ nơi tận cùng biển sâu và cách chúng đấu tranh để sinh tồn tại môi trường hiếm hoi. Cách lỗ thông hơi thủy nhiệt hình thành, quá trình tổng hợp hóa học tương tự như quá trình quang hợp, cả hai có thể được định nghĩa là việc tạo ra chất hữu cơ từ quá trình cố định carbon vô cơ sử dụng năng lượng. Điều khác biệt là nguồn năng lượng, ở những vùng biển sâu, hoạt động sản xuất chính được thúc đẩy bởi năng lượng hóa học thay vì năng lượng từ mặt trời. Nhưng điều này chỉ có thể diễn ra ở một số môi trường đáy biển nơi các hóa chất cần thiết được thải vào nước. Hai ví dụ chính của môi trường như vậy là lỗ thông hơi thủy nhiệt và lỗ phun lạnh. Lỗ thông hơi thủy nhiệt được phát hiện vào năm 1977, khi các nhà khoa học đang khám phá một sợn núi trải rộng trên đại dương gần quần đảo Galapagos. Những gì họ phát hiện ra là một thế giới ẩn dấu đã cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về cách thước và nơi dự sống trên trái đất có thể tồn tại. Kể từ đó, hàng trăm trường lỗ thông hơi khác đã được phát hiện. Chúng thường ở độ sâu từ 2 km trở lên, dọc theo danh dối các màng hội tụ của trái đất và tại các khu vực trải rộng dưới đáy biển nơi lớp vỏ đại dương đang vỡ ra. Một địa điểm chính có nhiều lỗ thông hơi cao là Đông Thái Bình Dương, nơi tốc độ lan rộng nhanh đã tạo ra các trường thông gió rải rác dọc theo sợn núi, cách nhau 10 km. Ngược lại, các trường lỗ thông hơi của sông núi giữa đại Tây Dương lan rộng chậm hơn nhiều, có thể cách nhau tới 100 km. Chúng hình thành ở đây do sự dặn nứt của các màng kiến tạo, tạo ra các vết nứt trên lớp vỏ và cho phép mắc ma nóng từ sâu bên trong trái đất dâng lên gần đáy biển hơn. Phần trên của đáy biển rất dễ thấm, nước biển lạnh xâm nhập và thấm qua lớp vỏ nơi nó trở nên quá nóng và hấp thụ khoáng chất từ đá xung quanh. Chất lỏng giàu khoáng chất này sau đó trở lại đại dương với vận tốc cực cao và nhiệt độ vượt quá 400 độ C. Khi chất lỏng trộn với nước biển lạnh, các khoáng chất hỏa tan sẽ kết tùa thành những cột sóng giống như khói và tạo nên những cấu trúc ống khói cao chót vót dưới đáy biển. Có một số loại lỗ thông hơi thủy nhiệt được đặc trưng bởi hàm lượng khoáng chất cụ thể của chất lỏng thông hơi. Những miệng lỗ phát ra trùm khói đen nóng nhất tạo thành những ống khói cao hơn 50 mét với hàm lượng sunfô cao kết tùa khi tiếp xúc với đại dương lạnh để tạo thành khói đen. Ngược lại, những miệng lỗ trắng có chứa bari, canxi và silix. Một số lỗ thông hơi khác được đặc trưng bởi những dòng nước lung linh. Mặc dù cổ của ống khói thông hơi có thể đạt tới khoảng 400 độ C, nhưng có một tranh lệch nhiệt độ rất lớn giữa chất lỏng và nước biển xung quanh. Trên khoảng cách khoảng 10 cm, nhiệt độ có thể giảm từ hơn 300 độ C xuống chỉ còn 2 độ C. Hầu hết các động vật thông hơi sống ở nhiệt độ mát hơn nhiều, nhưng các vi sinh vật nhân sơ bao gồm các dạng của cả cổ khuẩn và vi khuẩn có thể chịu được chất lỏng nóng tới 122 độ C. Tại đây, chúng thực hiện quá trình tổng hợp hóa học thông qua một số con đường khác nhau, phụ thuộc vào các điều kiện cụ thể của môi trường vi mô của chúng và các hóa chất có mặt. Thông thường, chúng sử dụng năng lượng được lưu trữ trong các liên kết hóa học của hịt rô sun phua và mê tan để tạo ra đường từ nước và khí carbonic hòa tan. Cuộc đua sinh tồn tại ốc đảo giữa đáy biển sâu. Kết quả của năng suất sơ cấp hóa tổng hợp trên là sự hiện diện của các tập hợp lớn đời sống động vật tập trung tại các khu vực này. Việc cung cấp các chất sinh dưỡng tạo thành cơ sở của một lưới thức ăn cho một cộng đồng đa dạng của các sinh vật trên biển. Một ốc đảo của sự sống trong vùng sâu thẳm. Để hiểu tầm quan trọng của các cộng đồng này, bạn chỉ cần so sánh tuổi thọ của các miệng phun thủy nhiệt với môi trường biển sâu không tổng hợp hóa học. Ngoài đồng bằng sâu thẳm thẳm, sự sống hiện diện nhưng rải rác. Động vật phải tàn ra để có cơ hội lấy đủ chất sinh dưỡng từ tuyết biển để duy trì bản than. Nhưng tại các hệ thống thông hơi, các ống khói được bao bọc bởi đàn ốc xen màu dì sắt dày đặc. Đàn tôm biển sâu hoặc đàn cua trắng ma quái đang tranh giành không gian trên đá. Đáng chú ý, những loài đa dạng và phong phú này đều đang chia sẻ một nguồn tài nguyên duy nhất. Tất cả chúng đều dựa vào các phi khuẩn hóa tổng hợp làm nguồn thức ăn. Có nghĩa là lỗ thông hơi là nơi cạnh tranh đáng kể giữa các loài. Đó là sự cạnh tranh giữa các thành viên của các loài khác nhau. Thông thường, sự cạnh tranh giữa các loài có thể dẫn đến sự tuyệt chủng của một hoặc nhiều loài đang cạnh tranh. Sinh vật kém thích nghi hơn có thể mất đi các nguồn tài nguyên cần thiết và trở nên bị yếu thế. Ý tưởng rằng, trong một hệ sinh thái ổn định, không có hai loài nào có thể có cùng một hốp giống nhau và cùng tồn tại ổn định. Được gọi là nguyên tắc loại trừ cạnh tranh. Nhưng khi điều này không dẫn đến sự tuyệt chủng, thay vào đó, sự cạnh tranh giữa các loài sẽ gây ra sự chuyên môn hóa của các loài động vật khác nhau. Một hiện tượng được gọi là phân vùng tài nguyên xảy ra, trong đó các loài có các hốp cơ bản trồng chéo sẽ tiền hóa các cách thích nghi khác nhau. Nó giúp các loài cùng tồn tại vì ít có sự cạnh tranh trực tiếp giữa chúng. Đây là những gì đã xảy ra tại các lỗ thông hơi thủy nhiệt để làm cho chúng ổn định như vậy. Các loài cua, dùn và tôm cạnh tranh nhau có thể đều đang theo đuổi cùng một nguồn tài nguyên. Nhưng chúng đã phát triển những cách rất khác nhau để có được chúng. Tôm hùm ngồi sồm, Squash Lobster và Limpets Gracie là động vật có vỏ, có hình dạng côn trùng. Chúng ăn thảm vi khuẩn bao quanh nhiều ông khói. Các nhà khoa học cũng tìm thấy những loài ăn huyền phù như chai biển sâu ăn các vi khuẩn sống tự do lơ lừng trong nước. Cua Yeti nuôi vi khuẩn trong các khuẩn lạc giống như sợi tóc trên cơ thể chúng giúp giảm áp lực cho cua phải cạnh tranh không gian với các loài khác như tôm. Những con cua có thể di chuyển xung quanh và mang theo vi khuẩn, với các vi khuẩn đóng vai trò là sinh vật ký sinh trên bề mặt của chúng. Ngược lại, dun ống khổng lồ không cuống cố định ở một nơi và không thể di chuyển. Lợi thế cạnh tranh của chúng phát sinh từ khả năng hình thành mối quan hệ nội cộng sinh với vi khuẩn. Chúng lưu trữ vi khuẩn trong các ống của mình, giảm giữ chúng một cách hiệu quả và hưởng lợi từ tất cả các chất sinh dưỡng mà vi khuẩn tạo ra. Dun hấp thụ hịt rô xun phua và các hóa chất khác từ chất lỏng thông hơi để nuôi vi khuẩn. Đổi lại, vi khuẩn cung cấp các bon mà dun ống cần để sống. Người ta cũng cho rằng vi khuẩn được hưởng lợi bằng cách trú ẩn trong dun ống và do đó được bảo vệ khỏi những kẻ săn mồi ăn cỏ như sao nhái và cua. Một cư dân khác của lỗ thông hơi dưới biển sâu là dun Pompei. Chúng nuôi các quần thể vi khuẩn theo cách tương tự như cua Yeti, nhưng khả năng chịu nhiệt cao hơn cho phép nó sinh sống ở các vị trí trên cấu trúc lỗ thông hơi, nơi nóng hơn nhiều so với khả năng mà cua Yeti có thể chịu đựng. Tại đây, chúng trú ngụ trong các ống hình chữ U có thể đạt nhiệt độ lên tới 80 độ C. Do đó, giống như các sinh vật của vùng bãi triều đá, có sự phân vùng giữa các loài động vật khác nhau xảy ra do sự hiện diện của sự tranh lệch nhiệt độ và sự phong phú khác nhau của các loài vi khuẩn khác nhau. Theo một cách nào đó, dun và cua đã trở nên biệt lập về mặt địa lý với nhau trong cùng một hệ thống thông hơi. Tất cả các sinh vật mà chúng ta đã đề cập cho đến nay có thể được phân loại là sinh vật tiêu thụ chính. Nhưng các sinh vật từ các bậc sinh dưỡng cao hơn cũng có mặt. Ví dụ, bạch tuộc là một trong những loài săn mồi hàng đầu ở lỗ thông hơi dưới biển sâu, cùng với cá roa rít trắng ăn dun ống và tôm. Một số loài cá trượt biển sâu có xu hướng sống dọc theo sườn lục địa, ké thăm các lỗ thông thủy nhiệt để kiếm ăn, nhưng cũng để đẻ trứng. Chúng làm như vậy nhằm tận dụng sức nóng để đẩy nhanh quá trình phát triển của trứng và giảm thời gian ấp thường kéo dài hàng năm. Sự phân vùng của sự sống tại các lỗ thông hơi dẫn đến sự phong phú cao hơn của các loài ăn lọc và động vật ăn thịt ở ngoại vi, xa hơn các ống thông hơi. Các loài động vật như hầu có thân và hải quỷ săn mồi chịu đựng kém ở các điều kiện dầu hóa chất. Ít oxy được tìm thấy ở xa hơn, nhưng chúng vẫn có thể kiếm sống ở đây. Ngoài ra, các nhà khoa học tìm thấy hệ động vật biển sâu tồn tại trên đồng bằng vực thẳm gần các hệ thống lỗ thông hơi với mật độ cao hơn mức trúng thường được tìm thấy. Điều này là do, thậm chí cách xa lỗ thông hơi hàng trăm mét, động vật vẫn có thể sử dụng một số chất hữu cơ thải ra, được tạo ra do quá trình sản xuất sơ cấp hóa tổng hợp. Trên quy mô đại dương, các nhà khoa học nhận thấy rằng sự cô lập về mặt địa lý của các vùng thông hơi riêng biệt dẫn đến các cộng đồng sinh vật đặc hữu riêng biệt. Ví dụ, họ có xu hướng tìm thấy run ống khổng lồ rất nhiều dọc theo sông núi giữa Thái Bình Dương, trong khi chúng hoàn toàn vắng bóng ở các phần của sông núi giữa Đại Tây Dương. Thay vào đó, tôm chiếm ưu thế ở đây. Tổng cộng, hơn 590 loài động vật đã được xác định sống ở miệng lỗ thông hơi thủy nhiệt. Và đáng ngạc nhiên là, phần lớn các sinh vật này là duy nhất trong môi trường này. Chúng đã trở nên chuyên biệt hóa theo cách hoàn toàn dựa vào các điều kiện tổng hợp hóa học của các lỗ thông hơi. Việc phát hiện ra các miệng phun thủy nhiệt dưới biển sâu là một bước đột phá vì một lý do khác. Điều kiện độc đáo về năng lượng to lớn và chất dinh dưỡng dồi dào của những khu vần hóa học này đã khiến các nhà khoa học suy đoán liệu những lỗ thông hơi này có thể là nơi bắt nguồn sự sống trên trái đất hay không. Mặc dù chưa được chứng minh, nhưng có những bằng chứng đáng kể về điều này. Thứ nhất, một số vi khuẩn ư nhiệt nằm trong số những sinh vật nguyên thủy nhất được biết đến trên trái đất. Bằng chứng cũng được đưa ra bởi thực tế là nhiều khối xây dựng hóa học của sự sống được tìm thấy ở các lỗ thông hơi cho thấy rằng tiến chất của sự sống đã khai thắt các bondiocyt và hetero có sẵn trong những điều kiện nguyên thủy đó để tạo ra các phân tử hữu cơ phức tạp này như acid amine và nucleotide. Nói tóm lại, các lỗ thông hơi thủy nhiệt hỗ trợ các hệ sinh thái độc đáo và các quần xã của chúng gồm cả các sinh vật truyền hóa cao cũng như các sinh vật đơn giản ở đại dương sâu. Những hòn đảo phong phú mà chúng tạo ra ở những độ sâu cằn cỗi khác là những địa điểm thu hút sự quan tâm của khoa học cung cấp một cái nhìn mới sâu sắc về những gì thực sự cần thiết để sự sống tồn tại. Cảm ơn các bạn đã theo dõi Thiên Hà TV thân mến. Chương trình của chúng ta ngày hôm nay đến đây là hết rồi. Amine chúc các bạn một ngày mới vui vẻ, tỉnh táo và thành công. Trong chương trình ngày hôm nay, có điều gì khiến bạn ấn tượng nhất? Bạn có mong muốn một ngoài đó được du hành một vũ trụ bao la và rộng lớn không? Hãy chia sẻ ý kiến của mình bằng cách để lại bình luận phía bên dưới nhé. Các bạn cũng đừng quên like, theo dõi kênh Thiên Hà TV và bấm nút chuông thông báo để ủng hộ và đón xem những video mới nhất hay nhất mỗi ngày. Và ngay lúc này đừng bỏ qua những video thú vị dành riêng cho bạn đang hiển thị trên màn hình. Cảm ơn các bạn luôn đồng hành cùng Thiên Hà TV. Hẹn gặp lại các bạn trong chương trình ngày mai.