Lý giải hiện tượng tuyết phát sáng hiếm gặp

Hiện tượng tuyết phát sáng tại Bắc Cực.

“Thủ phạm” không ai khác chính là một loài giáp xác nhỏ bé, trôi dạt vào bờ biển khi thủy triều dâng cao.

Hiện tượng kỳ quái

Vào một đêm tháng 12 lạnh giá, khi đi dạo gần Trạm sinh học Biển trắng của Nga ở vùng Bắc Cực, nhà sinh vật học Vera Emelianenko đã tình cờ phát hiện những đốm sáng bất thường bên trong lớp tuyết dày đặc.

“Chúng giống như những ngọn đèn Giáng sinh màu xanh vùi bên trong tuyết”, Vera miêu tả.

Nhà khoa học thử bốc một nắm tuyết lên tay và bóp nhẹ. Kết quả là các đốm sáng càng rực rỡ hơn. Điều này khiến Vera vô cùng phấn khích, lập tức gọi cho các đồng nghiệp tại trạm đến nghiên cứu. Họ dành 2 giờ dậm chân trên tuyết chỉ để chúng sáng lên.

Ngày hôm sau, Vera mang một quả cầu tuyết phát sáng về phòng thí nghiệm và soi dưới kính hiển vi nhằm xác định “thủ phạm”. Đợi băng tan hết, cô dùng kim châm vào những mảnh vụn cực nhỏ nhưng vô ích. Ngay sau đó, Vera phát hiện một số loài giáp xác chân chèo có tên khoa học là Metridia longa trong đĩa thí nghiệm. Khi cô chọc vào, chúng ánh lên một màu xanh nhạt.

Trong những năm qua, các nhà khoa học đã quan sát thấy tuyết phát sáng ở Bắc Cực. Nhưng đây là lời giải thích đầu tiên cho hiện tượng phát quang sinh học này.

Phát quang sinh học là khái niệm mô tả sự tạo và phát xạ ánh sáng bởi một sinh vật sống dưới dạng ánh sáng hóa học. Phát quang sinh học có thể xuất hiện rộng rãi ở động vật xương sống và động vật không xương sống biển cũng như trong một số loại nấm, vi sinh. Đom đóm là một trong những loài tạo ra phát quang sinh học phổ biến nhất.

Ông Steven Haddock, nhà sinh vật học chuyên nghiên cứu các loài động vật phù du tại Viện Nghiên cứu Thủy cung Vịnh Monterey, Metridia longa thuộc phân lớp Giáp xác chân chèo (Copepods), với kích thước cực nhỏ, chỉ dài vài mm.

Theo một số ước tính, loài giáp xác chân chèo tạo nên nhiều sinh khối trong đại dương. Chúng là những sinh vật bơi thụ động, nghĩa là không thể chống lại dòng chảy. Trong đó, Meditria longa có thể đã tung tăng di chuyển khắp các đại dương từ eo biển Hudson, Canada, đến vùng biển Maine, Mỹ và mới đây nhất là Bắc Cực.

Dù vậy, trên thực tế, Metridia longa không phải loài bản địa ở ven bờ Biển Trắng. Chúng thường được tìm thấy ở xa hơn bên ngoài đại dương, di chuyển đến độ sau 25 - 91m vào ban ngày nhưng xuất hiện gần bề mặt vào ban đêm.

Theo ông Ksenia Kosobokova, chuyên gia động vật phù du tại Viện Hàn lâm Khoa học Nga, nhiều khả năng sinh vật này đã bị cuốn vào bờ Biển Trắng do một đợt thủy triều mạnh hồi đầu tháng 12. Sau đó, nó theo dòng chảy qua các khe nứt trên băng tuyết và mắc kẹt gần Trạm Sinh học Biển Trắng của Nga. Đối với những loài sinh vật biển yếu ớt như Metridia longa, việc chống lại những dòng chảy này là điều không thể.

Loài động vật giáp xác chân chéo, Metridia longa.

Loài sinh vật phát sáng

Các nhà khoa học cho rằng hầu hết sự phát quang sinh học được tạo ra khi một phân tử lưu trữ năng lượng nhỏ, gọi là luciferin, bị oxy hóa. Bản thân luciferin tạo ra ánh sáng rất mờ và ổn định. Nhưng khi kết hợp với enzym luciferase, phản ứng được đẩy lên nhanh hơn và ánh sáng trở nên rực rỡ, ấn tượng. Đặc biệt khi ánh sáng này được soi chiếu trên nền tuyết trắng.

Ông Haddock cho biết: Bên trong cơ thể Metridia longa có cả luciferin và luciferase. Loài giáp xác này có các tuyến trên đầu, cho phép bắn ra hai loại phân tử đó cùng lúc và tạo thành tia sáng nhỏ trong nước.

Tuy nhiên, ở một số loài, luciferase đòi hỏi một số phân tử khác như ion calci, magie. Do đó, phát quang sinh học trong các loài sinh vật được tạo ra từ khoảng 40 phản ứng khác nhau trong suốt lịch sử tiến hóa.

Các nhà khoa học tin rằng, Metridia longa và các động vật chân đốt khác sử dụng phát quang sinh học như một biện pháp tự vệ cá nhân. Ông Todd Oakley, Giáo sư sinh thái học tiến hóa và sinh vật biển từ Trường Đại học California Santa Barbara, Mỹ, cho biết: “Có giả thuyết cho rằng, ánh sáng phát từ các loài động vật chân đốt khiến các loài động vật ăn thịt giật mình, sợ hãi hoặc mất tập trung. Tranh thủ thời gian này, các loài động vật chân đốt có thể trốn thoát”.

Nhà khoa học Kosobokova cho rằng, loài giáp xác chân chèo đang ẩn mình bên trong tuyết tại bờ Biển Trắng đang hấp hối nhưng vẫn còn sống thoi thóp bởi xét cho cùng, các sinh vật phù du ở Bắc Cực không còn xa lạ gì với nhiệt độ đóng băng.

Tuy nhiên, các chuyên gia về hiện tượng phát quang sinh học cho rằng những con Metridia longa được tìm thấy tại đây có thể đã chết nên màu xanh lam của chúng tỏa ra ánh sáng còn phần ma quái. Điều này là dễ hiểu bởi đom đóm vẫn phát sáng nếu con người vô tình bóp chết chúng.

Đồng tình với giả thuyết này, Giáo sư Haddock cho biết thêm: Điều tương tự đã xảy ra với các mẫu vật nghiên cứu khoa học. Chúng tôi thu thập các loài sinh vật và cất trữ nó trong tủ đông để nghiên cứu trong tương lai. Sau hàng năm trời, khi chúng tôi lôi chúng ra sử dụng, chúng sẽ từ từ phát sáng. Các chất hóa học bên trong cơ thể chúng vẫn có khả năng phản ứng một cách hoàn hảo.

Đơn cử, quá trình phát quang sinh học không chỉ diễn ra ở Metridia longa hay các loài giáp xác chân chéo mà loài giáp trai (ostracod), trông giống như hạt vừng với hai nhãn cầu lớn, cũng có thể là điều tương tự. Các nhà khoa học thường làm khô chúng để nghiên cứu khoa học.

Khi thả mẫu vật vào trong nước sau khi chúng đã chết, hiện tượng phát quang sinh học vẫn diễn ra. Các nhà khoa học khẳng định, miễn là cơ thể của những sinh vật này chứa chất luciferin, sự phát quang sinh học luôn có thể xảy ra.