Các thay đổi về môi trường dần dần do sự phú dưỡng và sự nóng lên toàn cầu có thể gây ra sự suy giảm nhanh chóng mức oxy trong hồ và vùng nước ven biển. Một nghiên cứu mới do các giáo sư Jef Huisman và Gerard Muyzer của Đại học Amsterdam (UvA) cho thấy vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong những thay đổi chế độ này. Các phát hiện của các nhà nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Communications vào ngày 6 tháng 10.
Các thay đổi về chế độ là những thay đổi đột ngột, dai dẳng trong cấu trúc và chức năng của các hệ sinh thái do sự thay đổi dần dần trong điều kiện môi trường. Sự thay đổi theo chế độ đã được mô tả cho một số lượng lớn các hệ sinh thái. Một loại chuyển đổi chế độ có thể xảy ra ở các hồ và nước biển khi lượng oxy hoà tan nhanh dẫn đến thiếu oxy, gây hại cho hầu hết các sinh vật dưới nước. Mặc dù hiện tượng này được biết đến nhiều, các cơ chế cơ bản gây ra sự chuyển đổi từ oxic sang các điều kiện không độc tính sẽ không được hiểu đầy đủ.
Các nhà khoa học từ UvA và Đại học Edinburgh đã phát triển một mô hình toán học để điều tra tương tác giữa thành phần loài vi khuẩn và nồng độ oxy hoà tan. Họ phát hiện ra rằng hồ có thể ở hai trạng thái ổn định khác nhau: một trong đó hồ giàu oxy, và một nơi mà nó thiếu oxy. Quá trình chuyển đổi từ oxic sang trạng thái không gây độc xảy ra dưới hình thức thay đổi chế độ. Tác giả của cuốn sách đầu tiên là Tim Bush giải thích: “Khi dòng oxy giảm dần, lúc đầu tiên tạo ra oxy cyanobacteria và tảo vẫn còn tồn tại và hồ vẫn ở trạng thái oxic. Tuy nhiên, dưới ngưỡng quan trọng, vi khuẩn sulfate và vi khuẩn sulfur sẽ tiếp tục quang hợp. Điều này làm tăng nồng độ sulfide, sau đó làm giảm cyanobacteria và nhanh chóng chuyển hồ từ oxic đến trạng thái không độc.
Một trong những hàm ý của sự thay đổi chế độ này là việc trở lại các điều kiện giàu oxy không phải là dễ dàng. Một khi nước đã chuyển độc tố, nồng độ sulfide cao duy trì bằng vi khuẩn lưu huỳnh kị khí ổn định trong các điều kiện không độc. Kết quả là, quay trở lại các điều kiện oxic trước đây đòi hỏi một dòng oxy lớn hơn nhiều so với dòng chảy mà ban đầu đã đưa hệ thống vào trạng thái của nó.
Các nhà nghiên cứu đã giám sát một hồ nhỏ có độc tố theo mùa ở các lớp nước sâu hơn để điều tra những dự đoán mô hình này. Hồ hiển thị trễ trong quá trình chuyển đổi giữa các điều kiện oxic và anoxic, với sự thay đổi trong thành phần vi sinh vật cộng với sự dự đoán của mô hình. Các hiện tượng tương tự đã được quan sát ở các vùng nước ven biển, nơi điều kiện vô cơ và nồng độ sulfide cao đã dẫn đến chết hàng loạt loài cá, nhuyễn thể và nhiều loài khác. Các tác giả cho thấy những thay đổi chế độ oxox-anoxic tương tự có lẽ đã xảy ra ở quy mô toàn cầu trong quá khứ địa chất của trái đất, khi những khu vực rộng lớn của đại dương trở nên suy giảm oxy trong thời kỳ ấm nóng toàn cầu và nồng độ CO2 trong khí quyển cao. Theo các giáo sư Huisman và Muyzer, một số khía cạnh vẫn chưa được hiểu đầy đủ hoặc không thể định lượng chi tiết. Tuy nhiên, những kết quả này đưa ra một cảnh báo rằng sự oxy hóa và sự ấm lên của hồ và biển có thể đẩy các hệ sinh thái này vượt quá điểm tới hạn, dẫn đến sự chuyển đổi nhanh chóng từ oxic thành các điều kiện không độc hại mà không dễ dàng đảo ngược.
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi khu vực nghiên cứu sinh học Hệ thống Sinh học của UvA, Hội đồng Nghiên cứu châu Âu, Hội đồng Học bổng Trung Quốc và Văn phòng Nghiên cứu Quân đội Hoa Kỳ.
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171006090344.htm
(TTDL QH&ĐT TNN)
