Chúng ta đã quen hình dung cuộc sống của đại dương luôn hướng về phía ánh sáng.
Ở gần mặt nước, những loài tảo hiển vi hấp thụ năng lượng mặt trời. Krill ăn chúng. Theo sau krill là cá, chim cánh cụt, hải cẩu và cá voi. Dường như toàn bộ hệ thống khổng lồ ấy phải hướng lên trên — tới nơi quá trình quang hợp bắt đầu.
Nhưng thiết bị robot lặn ngày càng sâu. Ánh sáng mặt trời biến mất. Trong bóng tối lạnh giá hiện lên những ngọn tháp khoáng vật, những vết nứt trong vỏ Trái Đất và những dòng nước nóng mang theo các chất hóa học từ sâu thẳm hành tinh.
Và giữa chúng, krill đang di chuyển.
Không phải những cá thể lạc lối ngẫu nhiên, mà là những con cái sẵn sàng sinh sản. Chúng tụ tập quanh các miệng phun thủy nhiệt, ăn các vi sinh vật bản địa và kết nối hai thế giới mà trước đây dường như gần như độc lập với nhau: bề mặt đại dương ngập ánh sáng và vực sâu núi lửa của nó.
Khám phá khoa học bên ngọn lửa của Trái Đất
Nghiên cứu do nhà hải dương học sinh học Kim Bernard thuộc Đại học Bang Oregon dẫn đầu. Nhóm quốc tế còn có Angelo Bernardino, Andrew Thurber, Rachel Kaplan, Aaron Micallef, Sarah Seabrook và các chuyên gia khác.
Các quan sát được thực hiện trong khuôn khổ chuyến thám hiểm của National Geographic và Rolex Into the Southern Ocean phối hợp với Schmidt Ocean Institute. Các nhà khoa học làm việc trên boong tàu nghiên cứu R/V Falkor (too), còn đáy biển được khảo sát bằng thiết bị điều khiển từ xa SuBastian.
Trong các năm 2024–2025, camera của thiết bị đã nghiên cứu hai khu vực thủy nhiệt đang hoạt động ở Nam Đại Dương — Hook Ridge và Quest Caldera. Chính tại đó, ở độ sâu hơn 900 mét dưới mặt nước, các nhà nghiên cứu lần đầu tiên nhìn thấy krill Nam Cực tụ tập bên cạnh những miệng phun thủy nhiệt dưới đáy biển sâu.
Trước đây, cư dân quan trọng bậc nhất của Nam Đại Dương này chủ yếu được nghiên cứu trong 300 mét nước trên cùng. Đã từng có những quan sát riêng lẻ ở độ sâu lớn, nhưng sự hiện diện của krill ngay tại các miệng phun thủy nhiệt thì nay mới được ghi nhận lần đầu.
Tất cả đều là con cái
Tại khu vực Hook Ridge, thiết bị đã thu được bốn cá thể. Mẫu vật tuy nhỏ, nhưng thành phần của nó lại gây kinh ngạc: cả bốn đều là những con cái trưởng thành, sẵn sàng sinh sản và vừa mới giao phối.
Trong gần chín giờ quan sát bằng camera, người ta còn ghi lại được những con cái khác bên cạnh các ống khoáng vật. Trong khoảng thời gian này, các nhà nghiên cứu không thấy một con đực nào.
Tại khu vực Quest Caldera, các quan sát kéo dài khoảng 21 giờ. Ở đây, bên cạnh những miệng phun đang hoạt động, đã xuất hiện những đám tập trung dày đặc krill cái trong giai đoạn sinh sản.
Để so sánh, các nhà khoa học đã thu 35 cá thể tại một khu vực đáy biển thông thường ở eo biển Nam Cực, cách xa hoạt động thủy nhiệt. Nhóm đối chứng gồm những động vật non, con đực và con cái — thành phần quần thể hỗn hợp thường thấy.
Hiện vẫn chưa thể khẳng định rằng các miệng phun dưới đáy biển sâu là một «nhà hộ sinh» đặc biệt của krill. Tuy nhiên, sự chiếm ưu thế bất thường của những con cái sẵn sàng đẻ trứng tại hai khu vực thủy nhiệt khó có thể coi là một chi tiết không đáng kể.
Thức ăn được tạo ra mà không cần ánh sáng mặt trời
Điều bất ngờ lớn nhất lại nằm bên trong chính những con vật.
Các tầng trên của đại dương phụ thuộc vào quá trình quang hợp: tảo sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra chất hữu cơ, thứ trở thành nền tảng của lưới thức ăn. Nhưng ở các miệng phun dưới đáy biển sâu thì không có năng lượng mặt trời.
Ở đây, khởi đầu của chuỗi thức ăn được tạo nên bởi quá trình hóa tổng hợp. Các vi sinh vật thu năng lượng từ lưu huỳnh và những hợp chất hóa học khác thoát ra từ vỏ Trái Đất, rồi chuyển hóa chúng thành chất hữu cơ.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu hệ vi sinh vật trong ruột krill, đặc tính hóa học của mô cơ thể chúng và hàm lượng nguyên tố vi lượng. Kết quả cho thấy những con cái này thực sự đã ăn các vi sinh vật gắn với môi trường thủy nhiệt. Những dấu vết hóa học cũng cho thấy đây không phải là một lần ghé thăm ngắn ngủi ngẫu nhiên, mà là sự tiếp xúc nhiều lần với thức ăn và nước khoáng của các miệng phun.
Điều này làm thay đổi bức tranh quen thuộc.
Krill có thể thu năng lượng không chỉ từ hệ thống bắt đầu bằng ánh sáng mặt trời. Ở độ sâu lớn, nó tham gia vào một lưới thức ăn khác — lưới thức ăn được nuôi dưỡng bằng năng lượng hóa học của Trái Đất.
Tại sao lại phải thực hiện một cuộc hành trình như vậy?
Việc di chuyển theo chiều thẳng đứng hàng trăm mét đòi hỏi năng lượng. Đặc biệt, nó phải tiêu tốn rất nhiều đối với những con cái, khi nguồn lực của chúng đã được dồn vào việc hình thành thế hệ sau.
Vậy nên, môi trường nước sâu có thể mang lại những lợi ích đủ để biện minh cho một cuộc hành trình tốn kém đến thế.
Các nhà nghiên cứu đang xem xét một số cách giải thích khả thi.
Thứ nhất, các vi sinh vật thủy nhiệt có thể cung cấp cho những con cái nguồn dinh dưỡng bổ sung trong giai đoạn nhu cầu năng lượng cao. Một số lipid của vi khuẩn tham gia vào việc hình thành màng tế bào của buồng trứng và phôi krill.
Thứ hai, nước gần các miệng phun có nồng độ mangan, kẽm và sắt cao hơn — những nguyên tố quan trọng cho sinh sản và phát triển sớm của thế hệ sau. Đồng thời, trong các mô cũng phát hiện mức cao của các kim loại độc hại, bao gồm chì và cadimi. Vì vậy, môi trường khoáng chất có thể vừa mang lại lợi ích, vừa tiềm ẩn rủi ro.
Thứ ba, về mặt lý thuyết, nước ấm hơn ở khu vực cục bộ có thể thúc đẩy sự phát triển của phôi. Nhưng giả thuyết này vẫn chưa được kiểm chứng bằng thực nghiệm.
Câu trả lời quan trọng nhất vẫn chưa được biết: liệu những con cái đẻ trứng ngay ở độ sâu, hay sau khi kiếm ăn chúng quay trở lại gần mặt nước để sinh sản.
Nghiên cứu chưa thể làm sáng tỏ hoàn toàn, vì sao loài krill lại tìm đến các miệng phun. Nó xác lập một điều không kém phần quan trọng: những con cái trong giai đoạn sinh sản thực sự sử dụng thế giới nước sâu này và tìm thấy thức ăn ở đó.
Sinh vật nhỏ bé mà cả một thế giới rộng lớn dựa vào
Krill Nam Cực có thể trông như một sinh vật gần như không đáng chú ý với chiều dài chỉ vài xentimét. Nhưng tổng khối lượng của chúng được các nhà nghiên cứu ước tính vào khoảng nửa tỷ tấn — có thể đây là sinh khối lớn nhất trong số tất cả các loài động vật hoang dã cùng loài trên Trái Đất.
Cá voi, hải cẩu, chim cánh cụt, chim biển và cá đều ăn krill. Ngay cả những kẻ săn mồi không trực tiếp ăn krill cũng phụ thuộc vào những động vật gắn với lưới thức ăn này.
Krill cũng tham gia vào chu trình cacbon. Bằng cách hấp thụ thực vật phù du và thải ra những hạt hữu cơ chìm nhanh, chúng giúp vận chuyển cacbon từ tầng nước mặt xuống tầng sâu.
Trong khi đó, các quần thể của chúng đang chịu áp lực từ sự ấm lên của đại dương, sự thu hẹp của băng biển và hoạt động đánh bắt công nghiệp. Nhưng thật khó để bảo vệ loài này khi chúng ta chưa biết những giai đoạn quan trọng nhất trong vòng đời của chúng diễn ra ở đâu.
Nếu những con cái sẵn sàng sinh sản thường xuyên sử dụng các khu vực thủy nhiệt, thì những nơi này không thể bị coi là những thắng cảnh địa chất biệt lập. Chúng có thể là một phần của môi trường mà sự sinh sản của một trong những loài trung tâm của Nam Đại Dương phụ thuộc vào.
Điều này đặc biệt quan trọng khi quy hoạch các khu bảo tồn biển và thảo luận về khả năng khai thác khoáng sản ở nước sâu.
Chiều thẳng đứng của sự sống
Câu chuyện này dường như hé lộ một trục ẩn của đại dương.
Ở trên, ánh sáng mặt trời tạo ra thức ăn cho thực vật phù du. Ở dưới, năng lượng hóa học từ lòng đất nuôi dưỡng các vi sinh vật của các miệng phun thủy nhiệt. Và ở giữa, một sinh vật nhỏ bé di chuyển, có khả năng bước vào cả hai hệ thống.
Krill vận chuyển các chất và năng lượng qua khối nước. Những động vật lớn nhất hành tinh ăn chúng. Sự hiện diện của chúng kết nối mặt nước, tầng sâu, khí quyển và lớp vỏ đá của Trái Đất thành một quá trình liên tục duy nhất.
Đại dương một lần nữa cho thấy: tính toàn vẹn không có nghĩa là bất động. Nó được sinh ra từ chuyển động — từ sự trao đổi không ngừng giữa trên và dưới, ánh sáng và bóng tối, nước và lửa.
Và có lẽ, phần kỳ diệu nhất của phát hiện không nằm ở chỗ krill hóa ra lại ở sâu đến vậy. Mà ở chỗ sự sống đã kết nối những thế giới này từ lâu — trước khi con người có thể nhìn thấy con đường đi qua giữa chúng.
