Có những nơi dưới đáy biển sâu, sự sống không cần tới Mặt Trời. Quanh các miệng phun nước nóng, vi khuẩn lấy năng lượng từ hoá chất hoà tan trong nước nóng để tự nuôi mình, và từ chúng mọc lên cả một cộng đồng giun ống, trai, cua, tôm đông đúc giữa bóng tối.
Chào bạn, đây là Nhà Khám Phá. Hồi đi học, mình được dạy rằng mọi chuỗi thức ăn đều bắt đầu từ cây xanh hứng nắng. Hôm nay mình kể về một phát hiện đã làm câu ấy phải sửa lại, một phát hiện mà chính những người tìm ra cũng không hề chuẩn bị trước.
Chuyến lặn tìm nước nóng gặp cả một khu vườn
Năm một nghìn chín trăm bảy mươi bảy, một nhóm nhà địa chất người Mỹ dùng tàu lặn nhỏ có người lái xuống vùng đáy biển gần quần đảo Galápagos ở Thái Bình Dương. Họ đi tìm những mạch nước nóng mà các phép đo trước đó gợi ý là có, để hiểu đáy biển nứt và nóng ra sao.
Họ tìm được nước nóng thật. Nhưng điều làm họ sững sờ là quanh đó đầy sinh vật: những con trai to bằng bàn tay người lớn, những đám giun ống cao chừng người đứng, cua trắng bò lổm ngổm. Ở độ sâu hơn hai nghìn mét, nơi ai cũng nghĩ là một sa mạc gần như trống rỗng.
Trên tàu không có nhà sinh học nào, vì không ai nghĩ sẽ cần tới. Họ phải ngâm mẫu vật vào rượu vốt ca mang theo vì không có đủ hoá chất bảo quản mẫu sinh vật.
Phát hiện ấy được coi là một trong những bất ngờ lớn nhất của sinh học thế kỷ hai mươi. Nó cho thấy mình đã hiểu sai một điều tưởng như hiển nhiên về sự sống.
Ống khói đen phun nước nóng hơn ba trăm độ
Miệng phun hình thành ở những nơi đáy biển đang tách ra hoặc có núi lửa ngầm. Nước biển thấm sâu xuống các khe nứt, gặp đá nóng bên dưới, bị nung nóng và hoà tan nhiều khoáng chất, rồi phụt trở lại lên đáy biển.
Ở một số nơi, nước phun ra nóng tới hơn ba trăm độ mà không sôi, vì sức ép của cột nước khổng lồ phía trên giữ nó ở dạng lỏng. Khi gặp nước biển lạnh, các khoáng chất kim loại lập tức kết tủa thành những hạt đen li ti, trông như khói đen bốc lên từ ống khói.
Chính những hạt ấy bám lại dần dần, xây thành những ống khói đá cao, có cái cao bằng nhà nhiều tầng. Người ta gọi chúng là ống khói đen.
Cách miệng phun chỉ vài bước chân, nước đã lạnh trở lại chỉ còn vài độ. Sinh vật ở đây sống trên một dải mỏng giữa cái nóng chết người và cái lạnh của biển sâu, giống như ngồi quanh bếp lửa giữa đêm đông.
Giun ống không có miệng thì ăn bằng gì?
Nhân vật nổi tiếng nhất là giun ống khổng lồ. Thân nó trắng nằm trong một cái ống dai, đầu có chùm lông đỏ tươi thò ra ngoài. Màu đỏ ấy là do máu giàu chất mang ô xy, giống máu người.
Kỳ lạ ở chỗ giun ống trưởng thành không có miệng, không có ruột. Thay vào đó, trong cơ thể nó có một cơ quan chứa đầy vi khuẩn. Chùm lông đỏ hấp thụ ô xy và một loại khí có lưu huỳnh trong nước, rồi máu mang chúng tới cho vi khuẩn.
Vi khuẩn dùng năng lượng từ khí lưu huỳnh để tạo ra chất dinh dưỡng, giống cây xanh dùng nắng để làm ra đường. Quá trình ấy gọi là hoá tổng hợp. Giun ống cho vi khuẩn nhà ở, vi khuẩn nuôi giun ống.
Trai, ốc và nhiều sinh vật khác quanh miệng phun cũng sống chung với vi khuẩn theo kiểu tương tự, hoặc ăn chính lớp vi khuẩn phủ trên đá. Thế là cả một chuỗi thức ăn bắt đầu từ hoá chất chứ không từ ánh nắng.
Con ốc mặc áo giáp bằng sắt
Ở miệng phun dưới đáy Ấn Độ Dương có một loài ốc mà nhiều người gọi là ốc chân vảy. Phần chân mềm của nó phủ đầy những vảy nhỏ, còn vỏ có một lớp ngoài chứa sunfua sắt, tức là một hợp chất của sắt.
Nói nôm na, con ốc này mặc một bộ giáp có chất sắt lấy thẳng từ nước nóng giàu kim loại quanh nó. Người ta tin lớp giáp giúp nó chống lại những loài ốc săn mồi chuyên khoan vỏ và cua kẹp.
Đây là một trong rất ít sinh vật được biết là đưa sắt vào cấu trúc cơ thể như vậy. Các kỹ sư làm áo giáp và vật liệu bảo vệ đã tìm hiểu cấu trúc nhiều lớp của nó để học hỏi.
Những miệng phun thường nằm cách nhau rất xa, như những ốc đảo trên một sa mạc tối. Mỗi nơi lại có những loài đặc trưng riêng, và nhiều loài vẫn đang chờ được đặt tên.
Sự sống trên Trái Đất có thể đã bắt đầu ở đây?
Phát hiện về miệng phun làm nảy ra một câu hỏi lớn. Nếu sự sống có thể tồn tại không cần Mặt Trời, liệu sự sống đầu tiên trên Trái Đất có thể đã ra đời ở một nơi như thế.
Một số nhà khoa học nghiêng về giả thuyết này: miệng phun có nước nóng, có khoáng chất, có những lỗ nhỏ li ti trong đá có thể giữ hoá chất lại với nhau, đủ điều kiện để những phản ứng đầu tiên xảy ra. Năm hai nghìn, người ta còn tìm thấy ở Đại Tây Dương một vùng miệng phun kiểu khác, nước ít nóng hơn, ống đá trắng, càng làm giả thuyết thêm hấp dẫn.
Nhưng cũng có những giả thuyết khác, như sự sống bắt đầu ở các ao nước nông trên cạn, nơi khô ướt luân phiên. Đến nay chưa có kết luận chung, câu hỏi này vẫn là một trong những bí ẩn lớn nhất của khoa học.
Điều thú vị là một số mặt trăng băng giá của Sao Mộc và Sao Thổ có thể có đại dương dưới lớp băng, và có thể có cả miệng phun dưới đáy. Nếu sự sống từng nảy nở quanh miệng phun ở Trái Đất, ai biết được dưới lớp băng xa xôi kia có gì.
Câu hỏi thường gặp
Hoá tổng hợp khác quang hợp ở chỗ nào?
Quang hợp dùng năng lượng ánh sáng để tạo ra chất dinh dưỡng, còn hoá tổng hợp dùng năng lượng từ phản ứng của các hoá chất như khí có lưu huỳnh hay khí mê tan. Cả hai đều biến chất vô cơ thành thức ăn, chỉ khác nguồn năng lượng.
Miệng phun nước nóng có tồn tại mãi không?
Không, một miệng phun có thể hoạt động vài năm đến vài chục năm rồi tắt khi đường dẫn nước nóng bị tắc hoặc chuyển chỗ. Khi đó cộng đồng sinh vật quanh nó cũng tàn dần, ấu trùng phải trôi đi tìm miệng phun mới.
Giun ống khổng lồ dài bao nhiêu?
Giun ống khổng lồ ở vùng miệng phun Thái Bình Dương có thể dài tới khoảng hai mét. Chúng lớn rất nhanh so với nhiều sinh vật biển sâu khác nhờ nguồn dinh dưỡng dồi dào từ vi khuẩn.
Người thường có thể đến xem miệng phun nước nóng không?
Gần như không, vì miệng phun nằm ở độ sâu hàng nghìn mét, chỉ tàu lặn nghiên cứu chuyên dụng mới tới được. Cách gần nhất để ngắm là xem những thước phim do các chuyến khảo sát khoa học quay lại.
Vì sao miệng phun lại có nhiều kim loại?
Nước nóng khi đi qua đá sâu hoà tan nhiều kim loại như sắt, đồng, kẽm. Khi phun ra gặp nước lạnh, kim loại kết tủa lại, nên quanh miệng phun cổ thường có những mỏ khoáng sản giàu kim loại.
