Kỷ băng hà cây cối như thế nào

Cực đại băng hà cuối cùng (hay LGM - Last Glacial Maximum, khoảng 20.000 năm trước) là kỳ băng giá cuối cùng thuộc Kỷ băng hà cuối cùng trong lịch sử khí hậu Trái đất. Đó là khi các sông băng khổng lồ bao phủ khoảng một nửa Bắc Mỹ, châu Âu và Nam Mỹ và nhiều vùng của châu Á, dẫn đến sự thay đổi khí hậu đáng kể. Giới khoa học nghiên cứu rất lâu và có nhiều dữ liệu về khoảng thời gian này nhưng một câu hỏi từ lâu chưa trả lời chính xác được là Kỷ băng hà lạnh đến mức nào?

Theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature 27-8, các nhà khoa học do Đại học Arizona (Mỹ) dẫn đầu cho biết nhiệt độ trung bình toàn cầu của Kỷ băng hà rơi vào khoảng 7-8 độ C, lạnh hơn nhiệt độ toàn cầu trung bình của thế kỷ 20 là 14 độ C.

Hầu hết các phần phía Bắc bán cầu bị bao phủ trong băng và cực kỳ lạnh giá. Ngay cả các vùng hiện nay rất nóng như bang Arizona (Mỹ) cũng rất lạnh. Nơi lạnh nhất là ở các vĩ độ cao, chẳng hạn Bắc Cực.

Biết nhiệt độ của Kỷ băng hà rất quan trọng vì nó sẽ được sử dụng để hiểu rõ hơn mối quan hệ giữa mức độ gia tăng của carbon dioxide trong khí quyển và nhiệt độ trung bình toàn cầu.

Nhóm khoa học gia đã xác định được rằng cứ tăng gấp đôi lượng carbon trong khí quyển, nhiệt độ toàn cầu sẽ tăng thêm 3,4 độ C.

Mức độ carbon dioxide trong khí quyển thời kỳ băng hà là khoảng 180 phần triệu, rất thấp. Trước Cách mạng công nghiệp, mức độ này tăng lên khoảng 280 phần triệu và ngày nay đã đạt 415 phần triệu.

Để thu được kết quả này, nhóm các nhà khoa học đã phát triển mô hình chuyển dữ liệu thu thập được từ hóa thạch sinh vật phù du đại dương thành nhiệt độ bề mặt biển. Sau đó, họ sử dụng kỹ thuật đồng hóa dữ liệu, được sử dụng trong dự báo thời tiết để kết hợp dữ liệu hóa thạch với mô hình mô phỏng khí hậu của LGM.

Trong tương lai, nhóm sẽ sử dụng kỹ thuật tương tự để tái tạo các thời kỳ ấm áp trong quá khứ của Trái đất.

Nếu họ tái tạo thành công những vùng khí hậu ấm áp trong quá khứ, chúng ta có thể bắt đầu trả lời những câu hỏi quan trọng về cách Trái đất phản ứng với mức carbon dioxide thực sự cao.

Quan trọng hơn hết thảy là chúng ta có thể nâng cao hiểu biết và dự báo để chuẩn bị được những tình huống mà biến đổi khí hậu có thể xảy ra trong tương lai.

Chúng là gì? Bạn có thể từng nghe về những chủng virus, vi khuẩn, cây cối và thậm chí là các loài động vật cổ đại đã bị đóng băng từ hàng ngàn năm về trước. Chúng đang thức tỉnh!

Sự đông lạnh sâu được miêu tả rất nhiều trong các tiểu thuyết khoa học viễn tưởng, nhưng các "nhà sinh thái học tái sinh" tự phong mới đây đã khiến cả thế giới bị sốc khi chứng minh rằng đông lạnh sinh học hoàn toàn là một thứ có thực. Năm 2012, các nhà khoa học đã cho nảy mầm thành công những bông hoa từ các hạt giống có tuổi đời lên đến 32.000 năm thu thập được tại lãnh nguyên Siberia. Năm ngoái, các nhà nghiên cứu ấp nở những quả trứng 700 tuổi từ đáy hồ Minnesota, trong khi một nhóm nghiên cứu khác hồi sinh một loại rêu Nam Cực vốn bị đóng băng từ thời vua Arthur. Tuy nhiên, vi khuẩn mới là các bậc thầy "vô đối" trong lĩnh vực đông lạnh sâu, khi mà một con bọ vẫn còn sống và hoạt động sau 8 triệu năm ngủ đông.

Nhưng bạn đừng lo, dù việc đánh thức một dịch bệnh cổ đại hàng triệu năm tuổi nghe như một câu chuyện viễn tưởng hoành tráng, nhưng trên thực tế, phần lớn trong số chúng lại hoàn toàn vô hại. Chúng khiến các nhà khoa học hào hứng vì một lý do khác: chúng là cánh cửa mở ra quá khứ của Trái Đất, cho chúng ta thấy những manh mối về việc các chủng loài sẽ thích ứng với sự thay đổi trong tương lai như thế nào. Vậy thì, lĩnh vực "sinh thái học tái sinh" sẽ cho phép các nhà khoa học làm được những gì?

Một cỗ máy thời gian về tiến hoá

Các nhà sinh vật hoá tiến hoá đã quá quen thuộc với việc nghiên cứu về "thời gian sâu" - những sự kiện đã diễn ra hàng triệu, hay thậm chí hàng tỷ năm về trước trên Trái Đất. Bằng cách sử dụng các hoá thạch, đá, và các "chữ ký hoá học", các nhà khoa học đã dựng nên những giả thuyết cực kỳ chi tiết về thế giới cổ đại. Dù vậy, họ vẫn sẽ chấp nhận đánh đổi mọi thứ để có cơ hội được chứng kiến những đối tượng nghiên cứu của mình - vốn đã biến mất từ lâu - bằng xương bằng thịt.

Hiện nay, lần đầu tiên trong lịch sử, các nhà sinh vật học có thể thực hiện niềm mơ ước của mình - nghiên cứu các cơ thể sống vốn tồn tại ở một thời kỳ rất xa trước đây. Tất nhiên, vi khuẩn và rêu bé nhỏ và giản đơn hơn rất rất nhiều so với một con T-Rex, nhưng được chạm vào bất kỳ sinh vật nào từng sống trên Trái Đất một triệu năm về trước vẫn là một niềm hạnh phúc to lớn. Năm 2013, các nhà khoa học đã miêu tả trong tuyên ngôn về "sinh thái học tái sinh" rằng: các mẫu vật đông lạnh sâu giống như một "cỗ máy thời gian về tiến hoá". Chúng mang đến cho các nhà nghiên cứu một phương thức mới để nghiên cứu về quá khứ, và một cơ hội để quan sát sự tiến hoá trong thời gian thực.

Quan sát thực tế sự tiến hoá có ý nghĩa như thế nào? Hãy nói về những con khủng long một chút, tương tượng bạn là một nhà cổ sinh vật học đang nghiên cứu về sự tiến hoá của các loại lông vũ. Sẽ rất tuyệt nếu bạn có thể nhân bản một vài chú khủng lông, nuôi chúng trong phòng thí nghiệm như Jurassic Park của riêng bạn, đặt chúng vào các điều kiện khí hậu khác nhau - các nhà sinh học tiến hoá gọi đây là "áp lực có chọn lọc" - và tái tạo là "tình huống" đã khiến cho lông vũ tiến hoá. Rõ ràng, thí nghiệm đặc thù này nghe thật phi lý và sẽ không bao giờ xảy ra.

Nhưng với các vi khuẩn - những sinh vật sinh sôi theo cấp số nhân và có thể đặt hàng tỉ cá thể vào trong một chiếc đĩa thí nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể làm được điều tương tự. Hãy tưởng tượng rằng bạn là một nhà vi sinh học đang nghiên cứu một loài vi khuẩn màu hồng sặc sỡ sống ở vùng Bắc Cực giáp Canada. Bạn thu thập một số mẫu băng vĩnh cửu từ khu vực nghiên cứu, mang chúng vào phòng thí nghiệm, và khai quật được một loại bọ đầy màu sắc khác trong sự ngạc nhiên tột độ - chỉ có điều loài bọ này màu xanh da trời và đã bị đóng băng trong hơn 3000 năm. Bạn so sánh DNA của hai loài và phát hiện ra rằng chúng có mối quan hệ họ hàng về mặt sinh học. Hơn thế nữa, bạn có thể tách rời đoạn gene đơn chịu trách nhiệm phối màu của chúng. Thậm chí còn có khả năng rằng chỉ cần thay đổi đôi chút trong đoạn gene quy định màu này là đã có thể đổi màu con bọ từ xanh sang hồng.

Bây giờ bạn đã sẵn sàng để giả lập sự tiến hoá. Bạn lấy con bọ màu xanh và hồng, nuôi chúng trong phòng thí nghiệm dưới nhiều kiểu môi trường khác nhau - với các yếu tố như nhiệt độ, độ mặn và pH đa dạng. Sau hàng tháng miệt mài, bạn kinh ngạc phát hiện ra rằng một trong số các con bọ màu xanh đã biến thành màu hồng. Rõ ràng, đoạn gene kiểm soát màu sắc của con bọ cũng đã thay đổi. Chúc mừng, bạn vừa tái tạo lại sự tiến hoá, và bạn làm điều đó chỉ trong vài tháng thay vì hàng ngàn năm.

Tất nhiên, ở đây chúng ta đã đơn giản hoá quá trình tiến hoá đi nhiều. Nhưng ví dụ đơn giản này cho thấy tiềm năng của sinh thái học tái sinh. Các nhà khoa học hiện có thể nghiên cứu các gene cổ đại hoạt động như thế nào trong môi trường hiện đại, và có lẽ còn có thể thực hiện các thí nghiệm tái tại lại chính quá trình tiến hoá.

Giải cứu gene

Chồn sương chân đen

Một ứng dụng thú vị khác của sinh thái học tái sinh có lẽ là giúp các loài đang đối diện nguy cơ tuyệt chủng bằng cách tăng cường các đặc tính di truyền học của chúng. Khi một chủng loài bị suy thoái, chúng mất đi một thứ quý giá hơn số lượng rất nhiều: tính đa dạng di truyền. Tính đa dạng củng cố chủng loài bằng cách mang lại cho chúng những công cụ để thích nghi với các mối đe doạ mới, như thay đổi khí hậu hay bùng phát dịch bệnh. Các loài từng trải nghiệm tình trạng "nghẽn cổ chai" di truyền như thế này thường dễ bị tuyệt chủng.

Các nhà di truyền học bảo tồn hiện tuân theo nguyên tắc cho rằng tính đa dạng mang lại sức mạnh để thử và củng cố các loài có nguy cơ tuyệt chủng cao. Các nhà nghiên cứu tại tổ chức phi lợi nhuận Revive and Restore hiện đang sử dụng các mẫu mô được bảo quản đông lạnh để thử nghiệm các kỹ thuật giải cứu di truyền trên loài chồn sương chân đen (hình trên) - một loài đã thoát khỏi tuyệt chủng trong gang tấc nhưng nay lại cực kỳ yếu về mặt di truyền học.

Chồn sương chân đen là một trường hợp đặc biệt, bởi các nhà khoa học đã may mắn khi có được các mẫu mô được bảo quản tốt có chứa một số thành phần đa dạng di truyền vốn đã bị mất của loài vật này. Các nhà khoa học hiện đang phát triển một mạng lưới toàn cầu gồm các ngân hàng đông lạnh , sẽ đóng vai trò như một kho lưu trữ di truyền đối với hàng ngàn loài sinh vật trong tương lai. Nhưng đối với một số loài sinh vật, một ngân hàng đông lạnh có lẽ đã tồn tại sẵn trong tự nhiên.

Silene, loài hoa đã bị đóng băng từ Kỷ Băng hà

Vào năm 2012, các nhà khoa học đã tái sinh các mô bị đóng băng vĩnh cửu của Silene stenophylla - một loài hoa tí hon ở vùng Bắc cực giáp Siberia. Trong mã di truyền của loài hoa từ Kỷ Băng hà này, các nhà nghiên cứu đã tìm ra những điểm di truyền vốn không còn tồn tại trên các loài hoa tương tự ở thời hiện đại nữa, bao gồm các đặc tính hình thái học và sinh dục học khác nhau. Nghiên cứu này đã khiến mọi người phấn khởi rằng trong tương lai, việc tái sinh các loài cổ đại sẽ giúp chúng ta tìm ra cách để mang lại sự đang dạng sinh học đã mất đi.

Để kết thúc bài viết, chúng ta sẽ nói về một trong những ý tưởng kỳ lạ và uyên thâm nhất xuất hiện trong lĩnh vực sinh thái học tái sinh. Khí hậu của Trái Đất, như chúng ta đã biết, biến chuyển giữa nóng và lạnh thông qua những vòng tuần hoàn địa chất tự nhiên. Trong thời kỳ Băng hà, trên hành tinh của chúng ta đã hình thành một kho lưu trữ khổng lồ các hạt giống, trứng, cây cối và vi sinh vật đông lạnh. Nhưng khi Trái Đất ấm lên, những ngân hàng đông lạnh kia cũng vậy. Sự tái xuất của các gene đã bị mất có lẽ không phải là phát minh của loài người, mà đó là một quá trình tự nhiên đã và đang xảy ra từ khi sự sống lần đầu nảy nở trên hành tinh này.

Tham khảo: Gizmodo