Một số vi khuẩn sống trong ao, hồ và môi trường nước
ngọt khác phát triển nhanh hơn vào ban ngày, mặc dù chúng không lấy ánh sáng mặt
trời làm nguồn năng lượng, theo các nhà nghiên cứu tại Đại học Delwar. Các gen
đặc biệt hấp thụ ánh sáng có thể giải thích hoạt động gia tăng này, như nhóm
nghiên cứu gần đây đã mô tả trong Tạp chí Vi khuẩn học.
Đây là một lý do cho tất cả vấn đề này. Để thực sự
hiểu cuộc sống, bạn cần hiểu carbon. Chúng ta ăn carbon, sử dụng nó làm nhiên
liệu và chúng ta giải phóng nó khi chúng ta phân hủy sau khi chết. Chu trình
carbon, sự chuyển động của carbon trong tự nhiên, là một chủ đề nghiên cứu quan
trọng đối với các nhà sinh thái học và các nhà nghiên cứu khác muốn tìm hiểu
cách hoạt động của con người ảnh hưởng đến sức khỏe của hành tinh. Các vùng nước
đóng góp vào chu trình carbon, vì vậy bằng cách tăng hiểu biết của chúng ta về
các hệ sinh thái này, các nhà khoa học có thể có khả năng giúp toàn bộ hành tinh.
Hiểu những sinh vật nhỏ bé bơi xung quanh trong nước là một bước quan trọng.
Julia Maresca, phó giáo sư kỹ thuật dân dụng và môi
trường, muốn tìm hiểu làm thế nào hai chủng vi khuẩn thường thấy trong môi
trường nước ngọt biến năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, sử dụng ánh
sáng mặt trời để bổ sung cho hệ thống năng lượng của chúng.
Maresca bắt đầu với hai chủng vi khuẩn: tế bào đỏ (Rhodoluna
(Rhl.) Lacicola chủng MWH-Ta8) có chứa một hệ thống quang học xuất hiện tự nhiên
để biến năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học và tế bào vàng (Aurantimicrobium
sp.) Nhóm nghiên cứu nghi ngờ rằng các tế bào đỏ, và chỉ các tế bào đỏ, sẽ phát
triển nhanh hơn khi tiếp xúc với ánh sáng trắng. Tuy nhiên, khi nhà nghiên cứu
Jessica Keffer thực hiện bộ thí nghiệm đầu tiên, cô phát hiện ra rằng cả hai
loại vi khuẩn đều phát triển nhanh hơn khi được chiếu sáng. Một vòng thí nghiệm
thứ hai đã xác nhận kết quả.
"Rõ ràng là có một cái gì đó xảy ra trong đó mà
chúng tôi không thể giải thích với thông tin mà chúng tôi có," Maresca nói.
Các thí nghiệm bổ sung cho thấy vi khuẩn phát triển
nhanh hơn trong ánh sáng xanh và tia UV, nhưng không phải là ánh sáng đỏ hay
xanh lục. Các nhà nghiên cứu bắt đầu nghi ngờ rằng vi khuẩn có thể không chuyển
đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, mà thay vào đó "hấp thụ năng
lượng ánh sáng đó và sử dụng nó cho thông tin, giống như cách chúng ta làm",
Maresca cho hay. "Khi có ánh sáng, chúng ta biết đã đến lúc phải thức dậy và ăn
sáng."
Để điều tra khả năng này, nhóm nghiên cứu đã kiểm
tra gen nào của vi khuẩn hoạt động trong điều kiện sáng so với điều kiện tối.
Trong ánh sáng, cả hai chủng vi khuẩn đều hấp thụ nhiều carbon hữu cơ, bao gồm
cả đường, và chuyển hóa chúng nhanh hơn. Trong bóng tối, các chức năng đó bị
giảm và vi khuẩn làm tăng sản xuất và sửa chữa protein, chế tạo và sửa chữa các
máy móc cần thiết để phát triển và phân chia.
Tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã kiểm tra những gen mà
những vi khuẩn này có điểm chung, ngoài những gen thiết yếu mà tất cả các vi
khuẩn đều có chung. Với sự giúp đỡ từ các đồng nghiệp tại Trung tâm giải trình
tự và kiểu gen tại UD, họ đã xác định rằng trong số các gen không thiết yếu, có
hai yếu tố liên quan đến sự hấp thụ ánh sáng xanh. Một là DNA photolyase, hấp
thụ ánh sáng xanh và sử dụng nó để sửa chữa DNA bị hư hại trước đó bởi tia UV.
Đây là một cơ chế sửa chữa nhưng có lẽ không giúp tăng trưởng trong ánh sáng,
Maresca cho biết. Các gen khác được gọi là một loại tiền điện tử, đã được chứng
minh là điều chỉnh nhịp sinh học ở động vật, thực vật, nấm và thậm chí cả con
người. Tiền điện tử có khả năng chịu trách nhiệm cho sự khác biệt về tốc độ tăng
trưởng trong điều kiện sáng.
Maresca nói: "Chúng tôi không có bất kỳ bằng chứng
trực tiếp nào cho thấy gen này chịu trách nhiệm cho sự hấp thụ ánh sáng hoặc cho
kiểu hình tăng trưởng được tăng cường ánh sáng đó, nhưng chúng tôi có rất nhiều
bằng chứng tình huống cho thấy điều đó là có thể". "Chúng tôi đã tinh chế
protein đó và xem xét những bước sóng ánh sáng nào nó có thể hấp thụ và chúng
tôi đã chứng minh rằng nó có thể hấp thụ ánh sáng của hai bước sóng giúp tăng
cường nhất sự phát triển: 420nm và 375nm. "
Vậy tại sao những vi khuẩn này, thường được tìm thấy
ở một vài feet nước trong môi trường nước ngọt, lại cảm nhận ánh sáng và phản
ứng theo cách này? Những môi trường nước ngọt được chiếu sáng tốt này chứa các
sinh vật như tảo hút CO2 từ không khí và tạo ra carbon hữu cơ - thức ăn cho vi
khuẩn. Nhóm nghiên cứu có một giả thuyết rằng, các vi khuẩn trong nghiên cứu này
có thể biến máy móc của chúng trùng khớp với việc sản xuất thực phẩm của các
loài khác gần đó. Nó giống như chuẩn bị và chạy về phía một bữa tiệc buffet mới
đầy thức ăn thay vì đi lên để xem những gì còn lại. Nhóm nghiên cứu đang hợp tác
với một đồng nghiệp tại một trường đại học khác để tìm hiểu thêm về cách thức
các vi khuẩn này tương tác với tảo trong cùng một môi trường.
Thanh Vân (Eurekalert)