Bí ẩn 2.000 năm về loài giun gặm nhấm ván tàu

Loài giun tàu đã tàn phá hải quân Hy Lạp cổ đại, gây ra vụ đắm tàu ​​Christopher Columbus, hỗ trợ đánh chìm tàu ​​Armada của Tây Ban Nha và khiến các cầu cảng ở Vịnh San Francisco sụp đổ xuống biển.

Nhưng cho đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể xác định chính xác giun tàu - một loài động vật thân mềm - có thể gây ra thiệt hại như vậy. Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Hoa Kỳ, dẫn đầu bởi Đại học Massachusetts Amherst và Đại học Plymouth, cùng với các cộng tác viên từ Đại học Maine và Trường Y khoa UMass Chan, đã phát hiện ra rằng một quần thể vi khuẩn cộng sinh, sống trong một cơ quan phụ bị bỏ sót của cơ thể loài giun này có khả năng tiết ra các enzym cần thiết để tiêu hóa lignin, phần cứng nhất của gỗ.

Loài giun dẹt có họ hàng gần với giun đầu búa này được gọi là giun tàu.

Reuben Shipway, đồng tác giả của nghiên cứu được công bố, cho biết: “Giun tàu là động vật quan trọng. Chúng được tìm thấy trên khắp các đại dương trên thế giới và không chỉ thay đổi lịch sử, chúng còn là kỹ sư hệ sinh thái và đóng vai trò cơ bản trong việc luân chuyển carbon trong môi trường nước. Thật khó tin là chúng ta chưa hiểu đầy đủ về cách chúng làm điều này.

Gỗ là một chất kỳ diệu: dẻo và dai, chất cellulose dạng sợi nhưng giàu dinh dưỡng của nó có thể tạo nên một bữa ăn tuyệt vời nhưng chỉ dành cho những sinh vật sống có thể tiêu hóa nó và cũng có thể vượt qua lớp lignin, một chất cứng giống như áo giáp bao quanh bao bì cellulose.

Các nhà vi trùng học từ lâu đã biết rằng những động vật có khả năng tiêu hóa lignin - giống như mối - là nơi chứa các khuẩn lạc cộng sinh, chuyên biệt của vi khuẩn trong ruột của chúng, chúng thực hiện công việc phân hủy lignin cho chúng. Nhưng đường tiêu hóa của giun tàu từ lâu đã được cho là gần như vô trùng.

Chúng là nỗi ám ảnh với tàu thuyền bởi khả năng ăn và tiêu hóa gỗ trong môi trường biển.

Vậy thì giun tàu làm những việc chúng làm như thế nào? Nhóm các nhà khoa học đã dành phần lớn thập kỷ qua để cố gắng trả lời câu hỏi này, thử nghiệm nhiều giả thuyết sáng tạo khác nhau, không giả thuyết nào tiết lộ bí mật của loài giun tàu.

Barry Goodell, giáo sư vi sinh học vừa nghỉ hưu tại UMass Amherst nói: “Chúng tôi quyết định xem xét rất cẩn thận ruột của giun tàu một lần nữa, đề phòng trường hợp các nhà nghiên cứu trong hàng trăm năm qua đã bỏ sót điều gì đó”.

"Quả thực, có vẻ như vậy. Hóa ra giun tàu có một cơ quan phụ kỳ lạ, được gọi là typhlosole trông giống như bộ ria mép lộn ngược của Salvador Dali" - Shipway nói.

Cơ quan này nằm trong đường tiêu hóa của động vật thân mềm. Các nhà nghiên cứu trước đây đã nghĩ rằng nó phục vụ như một cấu trúc trộn, nhưng khi Goodell và Shipway thực hiện một số công việc nuôi cấy chính xác, sau đó đã tranh thủ sự trợ giúp của các cơ sở của Phòng thí nghiệm Quốc gia Argonne để phân tích metagenomic cũng như kỹ thuật kính hiển vi thăm dò di truyền tiên tiến tại Tại Viện Khoa học Đời sống Ứng dụng UMass Amherst, họ đã phát hiện ra điều mà nhiều thế hệ nhà nghiên cứu đã bỏ qua: các cụm vi khuẩn cộng sinh tiềm ẩn có khả năng sản xuất enzyme tiêu hóa lignin.

Phần cơ quan chính giúp loài "gặm nhấm" này tiết ra enzyme tiêu hóa được ligin có trong gỗ.

Nghiên cứu này không chỉ giúp giải quyết một bí ẩn lâu đời mà những phát hiện này còn có thể có ứng dụng thực tế quan trọng. Các công ty công nghệ sinh học đang tìm kiếm các enzyme mới có thể tiêu hóa các chất nền cứng đầu hiệu quả hơn các quy trình công nghiệp sinh học hiện nay cho phép và các nguồn enzyme mới có thể mở cấu trúc dư lượng sinh khối là rất quan trọng trong việc phát triển lĩnh vực này. Hơn nữa, các loài cộng sinh giun tàu trước đây đã được chứng minh là một kho tàng các sản phẩm tự nhiên - chẳng hạn như thuốc kháng sinh chống ký sinh trùng mới - có thể có tác động đáng kể đến sức khỏe con người.

Về mặt biến đổi khí hậu, nghiên cứu như thế này có thể giúp cải tiến các mô hình dự đoán cách CO2 các khí nhà kính khác được thải vào môi trường, đặc biệt khi có một lượng lớn mảnh vụn gỗ trên đất liền trôi vào đại dương, nơi phần lớn chúng đi qua ruột giun tàu.