Những vi sinh vật bí ẩn sống sâu dưới lòng đất -- và cách chúng có thể giúp nhân loại

Lòng đất dưới chân chúng ta là có một thế giới vi sinh vật khổng lồ, bí ẩn -- một vài loài trong số đó đã sống trong vỏ Trái Đất hàng nghìn năm. Ở dưới đó thế nào? Đi một chuyến đến những núi lửa và suối nước nóng ở Costa Rica, nhà vi sinh học Karen Lloyd rọi sáng thế giới dưới lòng đất của những vi sinh vật và chỉ ra cách chúng có thể tạo ảnh hưởng sâu sắc đến cuộc sống trên mặt đất.

Có vẻ như chúng ta đều đang đứng
trên đất cứng lúc này,

nhưng không đâu.

Những tảng đá và lớp đất dưới chúng ta
đan chéo nhau từ nhiều lớp

và khoảng trống.

Và những khoảng trống đó chứa đầy
vi sinh vật với số lượng vũ trụ,

như những con này.

Nơi sâu nhất mà chúng ta tìm thấy
vi sinh vật trong lòng Trái Đất

là năm kilômét sâu.

Vậy nếu như bạn đứng trên mặt đất
và bắt đầu chạy vào lòng đất,

bạn có thể chạy cả năm kilômét

và vi sinh vật xuất hiện
trên cả chặng đường.

Có thể bạn chưa từng nghĩ về vi sinh vật

sống ở sâu như vậy trong lòng đất,

nhưng bạn chắc đã nghĩ về
vi sinh vật sống trong ruột bạn.

Nếu tính các vi sinh vật trong ruột

của tất cả mọi người
và động vật trên hành tinh này,

tổng tất cả
khối lượng của chúng là 100.000 tấn.

Đó là một quần xã sinh vật lớn
mà chúng ta mang trong bụng hằng ngày.

Chúng ta nên cảm thấy tự hào.

(Cười)

Nhưng nó cũng chẳng là bao
nếu so với số vi sinh vật

bao phủ bề mặt Trái Đất,

như trong đất, sông và biển của chúng ta.

Tất cả, khối lượng là khoảng hai tỉ tấn.

Nhưng thật ra là
đa số vi sinh vật trên Trái Đất

không ở trong biển hay ruột
hay nhà máy xử lí nước thải.

Đa số chúng sống trong vỏ Trái Đất.

Vậy tổng cộng,
khối lượng đó khoảng 40 tỉ tấn.

Đó là quần xã sinh vật
lớn nhất trên hành tinh,

và chúng ta còn không biết đến chúng
cho đến vài thập kỉ trước.

Vậy khả năng của sự sống dưới đó,

hay tác động của chúng đến con người,

là vô hạn.

Đây là biểu đồ mà mỗi chấm đỏ

đại diện cho nơi mà chúng ta có
những mẫu vật tốt dưới bề mặt đất

với các phương pháp vi sinh hiện đại,

và có thể bạn sẽ ấn tượng

rằng chúng ta hiểu rõ
về toàn thể hành tinh,

nhưng thật ra,
nếu bạn nhớ rằng đây chỉ là những nơi

mà chúng ta có mẫu vật,
nó thật sự tệ hơn.

Nếu ta đều trên
tàu của người ngoài hành tinh

cố tái tạo một bản đồ thế giới
từ những mẫu vật này,

chúng ta sẽ không thể.

Nhiều người thường nói với tôi,

''Ừ, có nhiều vi sinh vật
dưới mặt đất nhưng...

chúng không hoạt động mà?''

Đó là một ý hay.

Giống như cây sung hay bệnh sởi
hay chú chuột lang nhà của con tôi,

vi sinh vật chắc cũng không làm gì cả.

Chúng ta biết rằng chúng phải chậm,
vì chúng có quá nhiều.

Nếu chúng đều phân chia
với tốc độ của E. coli,

thì chúng sẽ tăng đôi khối lượng
của Trái Đất, bao gồm đất đá,

chỉ qua một đêm.

Thật ra, nhiều loài trong số chúng
chắc chưa qua một lần phân bào

từ thời Ai Cập cổ đại.

Điều đó thật điên rồ.

Làm sao bạn có thể hiểu được
thứ mà có thể sống lâu đến thế?

Nhưng tôi nghĩ đến
một việc tương tự mà tôi rất thích,

nhưng nó rất lạ và phức tạp.

Nên tôi hi vọng là
bạn có thể theo cùng tôi.

Được rồi, cùng thử nào.

Nó như việc
hiểu vòng đời của một cái cây...

khi bạn chỉ sống trong một ngày.

Vậy nếu như vòng đời của con người
chỉ là một ngày và ta sống vào mùa đông,

thì cả đời bạn

sẽ không thấy một cái cây có lá.

Và sẽ có rất nhiều thế hệ người

sẽ chỉ tồn tại một mùa đông

thậm chí chẳng đủ để viết
một cuốn sách lịch sử

nói gì đến việc
cây chỉ là một khúc gỗ chết

chẳng thể làm gì cả.

Tất nhiên, điều này thật buồn cười.

Ta biết rằng cây chỉ đợi mùa hè

để chúng hoạt động lại.

Nhưng nếu vòng đời của con người

ngắn hơn đáng kể so với của cây,

ta chắc sẽ quên lãng hoàn toàn
sự thật hiển nhiên đó.

Vậy khi ta nói những vi sinh vật dưới đất
không hoạt động,

ta có như những người chết sau một ngày,
cố hiểu cây hoạt động thế nào không?

Nếu những vi sinh vật sâu dưới đất này

chỉ đợi cho đến
phiên bản mùa hè của chúng,

nhưng vòng đời chúng ta quá ngắn để thấy?

Nếu bạn lấy E. coli
và cho vào một ống nghiệm,

không thức ăn hay dưỡng chất,

và để yên đó hàng tháng cho đến hàng năm,

đa số chúng chết, tất nhiên, vì chúng đói.

Nhưng có một số ít sống.

Nếu bạn lấy những tế bào sống sót đó

và cho chúng cạnh tranh,
dưới điều kiện thiếu chất,

với những E. coli mới,
phát triển nhanh,

những con già nua ấy sẽ đánh bại
tụi ma mới kia

bất cứ lần nào.

Vậy đây là bằng chứng về
sự đền đáp của sự tiến hóa

cho việc trở nên cực kì chậm.

Vậy là có khả năng

rằng có lẽ chúng ta không thể đánh đồng
việc chậm với không quan trọng.

Có lẽ những vi sinh vật
khuất tầm mắt, khuất tâm trí

có thể hữu ích cho nhân loại.

OK, cho đến giờ ta đã biết

có hai cách để sống dưới lòng đất.

Đầu tiên là
chờ đồ ăn rỉ xuống từ mặt đất,

như cố ăn đồ thừa từ
một buổi dã ngoại từ 1000 năm trước.

Đó là một lối sống rất điên rồ,

nhưng hiệu quả một cách đáng ngạc nhiên
cho vi sinh vật dưới đất.

Khả năng khác là
vi sinh vật chỉ kiểu như,

''Không, tôi không cần thế giới mặt đất.

Tôi ổn dưới đây rồi.''

Với những vi sinh vật
theo hướng này

chúng phải lấy mọi thứ chúng cần để sống

từ trong lòng đất.

Vài thứ thì chúng dễ dàng lấy được.

Chúng nhiều hơn dưới lòng đất,

như nước hay dưỡng chất,
như ni-tơ và sắt và phốt pho

hay nơi sống.

Đó là những thứ mà ta
giết chóc để giành giật

trên mặt đất này.

Nhưng dưới lòng đất,
vấn đề là tìm đủ năng lượng.

Trên mặt đất,

cây cối có thể gắn kết hóa học
các phân tử CO2 thành đường

ngay khi photon từ mặt trời
tiếp xúc với lá của chúng.

Nhưng dưới lòng đất,
tất nhiên là không có ánh nắng,

nên hệ sinh thái này
phải giải quyết vấn đề

là ai sẽ làm ra thức ăn
cho mọi người khác.

Lòng đất cần thứ gì đó như cây

nhưng lại thở ra đất đá.

May thay, thứ như vậy tồn tại,

và nó gọi là tự dưỡng vô cơ hóa năng.

(Cười)

Đó là những vi sinh
dùng chất hóa học -- "hóa năng"

từ đất đá -- "vô cơ"

để tạo thức ăn -- "tự dưỡng."

Và chúng có thể làm vậy
với vô số chất khác.

Chúng có thể làm vậy với lưu huỳnh,
sắt, man-gan, ni-tơ, các-bon

một vài có thể dùng cả electron trực tiếp.

Ví dụ như bạn cắt một đầu của dây điện,

chúng có thể dùng nó để thở như ống thở.

(Cười)

Vi sinh vật tự dưỡng vô cơ hóa năng

có thể lấy năng lượng
từ những quá trình trên

và dùng chúng để tạo thức ăn,
như cây cối vậy.

Nhưng chúng ta biết rằng
cây làm nhiều hơn là chỉ tạo thức ăn.

Chúng còn tạo sản phẩm phụ, ô-xi,

mà chúng ta phụ thuộc 100% vào nó.

Nhưng sản phẩm phụ mà
vi sinh tự dưỡng vô cơ hóa năng tạo ra

thường dưới dạng khoáng chất,

như gỉ sắt hay pirit sắt, vàng giả,

hay cacminit, như đá vôi.

Vậy thứ chúng ta có là
những vi sinh rất rất chậm, như đá,

lấy năng lượng từ đá,

tạo ra các sản phẩm phụ
là các loại đá khác.

Vậy tôi đang nói về sinh học
hay tôi đang nói về địa chất?

Lằn ranh giữa chúng rất mờ.

(Cười)

Vậy nếu tôi muốn thực hiện việc này,

và tôi sẽ thành một nhà sinh học
nghiên cứu về vi sinh

hoạt động giống như đất đá,

vậy tôi nên bắt đầu học địa chất.

Vậy phần thú vị nhất
của địa chất học là gì?

Núi lửa.

(Cười)

Đây là khi nhìn vào trong
miệng núi lửa Poás ở Coasta Rica.

Nhiều núi lửa trên Trái Đất
trồi lên vì mảng địa chất dưới biển

va chạm với mảng địa chất lục địa.

Khi mảng địa chất đại dương bị đè

hay di chuyển dưới mảng địa chất lục địa,

những thứ như nước, CO2 và các chất khác

bị ép khỏi mảng địa chất,

như vắt một chiếc khăn rửa mặt ướt.

Theo cách đó,
những vùng bị đè như cổng vào đất sâu,

nơi vật chất được trao đổi
giữa bề mặt và lòng đất.

Gần đây tôi được
vài đồng nghiệp ở Costa Rica

mời đến và làm việc với họ
về một số núi lửa.

Và tất nhiên là tôi đồng ý,
vì, ý là, Costa Rica rất đẹp,

nhưng cũng vì nó nằm trên
một trong những vùng bị đè.

Chúng tôi muốn hỏi một câu cụ thể là:

Vì sao CO2

thoát ra từ
những mảng địa chất đại dương bị đè

chỉ thoát ra từ núi lửa?

Vì sao ta không thấy chúng trải đều
trên khu vực bị đè?

Vi sinh vật có vai trò gì
trong chuyện này không?

Đây là bức ảnh chụp tôi
trong núi lửa Poás,

cùng với người đồng nghiệp
Donato Giovannelli.

Cái hồ mà chúng tôi đứng cạnh
hoàn toàn là axit pin.

Tôi biết vì chúng tôi đang đo độ pH
khi tấm hình được chụp.

Và một số lúc
khi làm việc trong miệng núi lửa,

tôi quay qua nói với đồng nghiệp
Costa Rica Carlos Ramírez rằng

"Được rồi,
vậy nếu tự nhiên thứ này phun trào,

cách thoát thân là như nào?''

Và anh nói, "À, ừ,
câu hỏi hay, rất dễ thôi.

Hãy quay lại và tận hưởng khung cảnh.''

(Cười)

"Vì nó sẽ là cảnh cuối của cô."

(Cười)

Và có thể anh ấy có hơi kịch tính,

nhưng sau 54 ngày đứng cạnh cái hồ đó,

chuyện này xảy ra.

Khán giả: Ồ!

Quá đáng sợ nhỉ?

(Cười)

Đây là vụ phun trào lớn nhất của
núi lửa này trong khoảng 60 năm lẻ gì đó,

và không lâu sau khi video kết thúc,

máy ảnh quay video bị thiêu rụi

và cả cái hồ mà chúng tôi đang thí nghiệm

bốc hơi hoàn toàn.

Nhưng tôi muốn nói rõ rằng

chúng tôi khá chắc là
chuyện đó sẽ không xảy ra

vào ngày mà chúng tôi ở trong núi lửa,

vì Costa Rica
theo dõi núi lửa này rất cẩn thận

qua Viện OVSICORI,

và chúng tôi có các nhà khoa học
từ Viện cùng với mình hôm đó.

Nhưng thực tế rằng nó đã phun trào
chứng tỏ hoàn hảo

rằng nếu bạn muốn tìm nơi khí CO2

thoát ra từ mảng địa chất đại dương,

thì bạn không cần tìm đâu xa hơn núi lửa.

Nhưng nếu bạn đến Costa Rica,

bạn có thể nhận ra là ngoài núi lửa

có rất nhiều suối nước nóng ở mọi nơi.

Nước trong những suối nước nóng này
thật ra trào lên

từ những mảng địa chất đại dương bị đè.

Và giả thuyết của chúng tôi là phải có CO2

trào lên cùng chúng,

nhưng một thứ sâu dưới lòng đất
đã lọc chúng ra.

Vậy là chúng tôi dành hai tuần
lái xe khắp Costa Rica,

lấy mẫu từ mọi suối nước nóng
mà chúng tôi tìm được

nó rất tệ, để tôi kể cho bạn.

Và chúng tôi dành hai năm tiếp theo
đo đạc và phân tích dữ liệu.

Và nếu bạn không phải là nhà khoa học,
tôi cho bạn biết rằng những khám phá lớn

không xảy ra
khi bạn ở một suối nước nóng đẹp

hay trên sân khấu;

nó xảy ra khi bạn còng lưng
với một cái máy tính lộn xộn

hay khi bạn đang khắc phục
một thiết bị phức tạp,

hay khi bạn gọi Skype với đồng nghiệp

vì bạn hoàn toàn bối rối
vì dữ liệu của bạn.

Khám phá khoa học,
giống như vi sinh vật dưới lòng đất,

có thể rất rất chậm.

Nhưng trong trường hợp của chúng tôi,
mọi công sức đã được đền đáp.

Chúng tôi phát hiện rằng
hàng tấn CO2

thoát ra từ mảng địa chất đại dương
bị đè sâu dưới lòng đất.

Và thứ giữ chúng dưới lòng đất

và giữ chúng không thoát vào khí quyển

là thứ sâu dưới đất,

dưới những con lười và vẹt dễ thương
ở Costa Rica,

là vi sinh tự dưỡng vô cơ hóa năng.

Những vi sinh và quá trình hóa học
diễn ra quanh chúng

là việc biến đổi CO2 thành muối cacbonat

là khóa chúng dưới lòng đất.

Điều đó khiến bạn tự hỏi:

Nếu các quá trình dưới đất này
rất giỏi khoản hút

tất cả CO2 từ dưới chúng,

chúng có thể giúp ta với
chút vấn đề về các-bon

mà chúng ta đang có trên mặt đất không?

Con người đang thải ra
nhiều CO2 vào khí quyển đến nỗi

chúng ta làm giảm khả năng của hành tinh

để duy trì sự sống mà chúng ta biết đến.

Các nhà khoa học, kĩ sư và doanh nhân

đang hợp tác với những cách để kéo CO2

khỏi nguồn,

để chúng không bay vào khí quyển.

Và họ cần trữ chúng ở đâu đó.

Vậy với lí do đó,

chúng ta cần nghiên cứu những nơi
mà có thể trữ CO2,

có thể là dưới lòng đất,

để biết chuyện gì sẽ xảy ra với chúng
khi được trữ ở đó.

Vi sinh vật dưới lòng đất có thành
một vấn đề vì chúng quá chậm

để có thể giữ bất cứ gì dưới đó không?

Hay chúng có thể hữu ích

vì chúng giúp biến đổi CO2
thành muối cacbonat rắn?

Nếu chúng ta có những bước đột phá vậy

chỉ từ những nghiên cứu ở Costa Rica,

vậy hãy tưởng tượng thứ gì còn chờ đợi
được khám phá dưới kia.

Trong lĩnh vực địa-sinh-hóa,
hay sinh học lòng đất,

hay bất cứ gì mà bạn muốn gọi,

sẽ có những liên quan to lớn

với không chỉ giảm nhẹ hậu quả
biến đối khí hậu,

mà có thể là hiểu được
sự sống và Trái Đất cùng tiến hóa thế nào,

hay tìm ra những sản phẩm hữu ích
cho công nghiệp hay y học.

Có thể là cả dự đoán động đất

hay tìm sự sống ngoài hành tinh.

Nó có thể giúp chúng ta hiểu được
chính nguồn gốc của sự sống.

May thay, tôi không phải làm
những việc đó một mình.

Tôi có những đồng nghiệp rất giỏi
khắp thế giới

những người đang giải mã
những bí ẩn của thế giới lòng đất.

Và có vẻ như sự sống sâu dưới vỏ Trái Đất

quá xa lạ với cuộc sống thường ngày của ta
mà dường như chẳng liên quan gì cả.

Nhưng sự thật là,
việc sống chậm và kì lạ này

có thể giữ câu trả lời
cho vài bí ẩn lớn nhất

về sự sống trên Trái Đất.

Cảm ơn các bạn.

(Vỗ tay)