Một nhóm do các nhà nghiên cứu ở British Columbia dẫn đầu đã giải mã được bí ẩn về một căn bệnh khủng khiếp đã giết chết hàng tỷ con sao biển dọc theo bờ biển Thái Bình Dương của Bắc Mỹ, hơn một thập niên sau khi dịch bệnh bùng phát.
Melanie Prentice, tác giả chính của một nghiên cứu mới, nhớ lại khoảnh khắc “không thực sự tin được” khi các nhà nghiên cứu tìm thấy một chủng vi khuẩn có nhiều ở những con sao biển bị bệnh và không có ở những con khỏe mạnh.
“Phản ứng ban đầu của tôi là, ‘Được rồi, vậy là mình đã làm sai điều gì đó'”, cô nói.
Prentice cho biết nhóm đã dành nhiều tháng để cố gắng bác bỏ những phát hiện của họ, cuối cùng xác nhận rằng họ đã giải mã được căn bệnh này.
Họ phát hiện ra vi khuẩn Vibrio pectenicida là nguyên nhân rõ ràng của bệnh suy thoái sao biển.
Prentice, một cộng tác viên nghiên cứu tại Viện Hakai và khoa khoa học trái đất, đại dương và khí quyển của Đại học British Columbia cho biết: “Đó là một câu hỏi mà các nhà nghiên cứu đã cố gắng trả lời trong khoảng 12 năm, vì vậy chúng tôi vô cùng vui mừng”.
Bài báo chi tiết về dự án nghiên cứu kéo dài bốn năm và những phát hiện của nó đã được công bố trực tuyến trên tạp chí khoa học có bình duyệt Nature Ecology & Evolution vào thứ Hai.
Alyssa Gehman, người đã giúp khởi động dự án vào năm 2021, mô tả căn bệnh này là “khủng khiếp”, khiến sao biển phát triển các tổn thương, mất đi các cánh tay và “biến thành một đống sền sệt” khoảng một hoặc hai tuần sau khi tiếp xúc với mầm bệnh.
Nó đặc biệt gây chết người đối với sao biển hướng dương, giết chết khoảng sáu tỷ cá thể của loài có thể mọc tới 24 cánh tay và có sải rộng tới một mét.
Nghiên cứu cho biết, những con sao biển khổng lồ hiện được coi là đã tuyệt chủng về mặt chức năng trên phần lớn phạm vi sinh sống trước đây của chúng ngoài khơi bờ biển lục địa Hoa Kỳ, với tổn thất vượt quá 87% ở các “vùng ẩn náu phía bắc” nơi chúng vẫn tồn tại.
Sự sụp đổ này đã gây ra những tác động theo tầng, bao gồm cả những tổn thất trên diện rộng đối với các khu rừng tảo bẹ quan trọng về mặt sinh thái, văn hóa và kinh tế.
“Tôi nghĩ chúng ta đã không thực sự đánh giá cao tầm quan trọng của chúng cho đến khi chúng ta mất chúng,” Prentice nói, mô tả những con sao biển hướng dương màu cam, tím hoặc nâu là một loài “chủ chốt” có tác động lớn đến hệ sinh thái của chúng.
Những con sao biển khổng lồ là những kẻ săn mồi hàng đầu, gieo rắc nỗi sợ hãi cho các loài động vật không xương sống khác.
“Hầu hết mọi thứ sống dưới đáy nước đều chạy trốn khỏi chúng khi chúng đến,” Gehman, một nhà sinh thái học bệnh biển tại Viện Hakai và là giáo sư trợ giảng tại Viện Đại dương và Thủy sản của Đại học British Columbia, cho biết.
Chúng kiểm soát quần thể nhím biển, từ đó bảo đảm sức khỏe của các khu rừng tảo bẹ, nơi cung cấp môi trường sống và thức ăn cho nhiều loài khác.
Sự tàn phá của sao biển hướng dương đã gây ra một “sự thay đổi hoàn toàn hệ sinh thái,” Prentice nói, biến những khu rừng tảo bẹ đa dạng sinh học thành “những vùng đất cằn cỗi toàn nhím biển.”
Vi khuẩn gây ra bệnh suy thoái sao biển vẫn còn là một bí ẩn trong hơn một thập niên kể từ khi người ta lần đầu tiên quan sát thấy sao biển chết hàng loạt vào năm 2013. Cùng một loại vi khuẩn này được biết là tấn công ấu trùng sò điệp.
Prentice cho biết bước đột phá đến sau khi nhóm nghiên cứu chuyển từ việc kiểm tra các mô bị bệnh sang tập trung vào dịch thể xoang của sao biển, ví nó như máu của sao biển.
Cô giải thích, nghiên cứu trước đó đã liên quan đến việc cho các mô chạy qua các bộ lọc màng nhỏ sẽ loại trừ vi khuẩn, vốn thường lớn hơn vi rút.
Nhóm nghiên cứu của Viện Hakai bắt đầu bằng cách sao chép các thí nghiệm ban đầu, nhưng họ không thể gây bệnh cho những con sao biển khỏe mạnh, cô nói.
“Chúng tôi đã làm mọi thứ có thể và chúng tôi không bao giờ có thể gây bệnh, và vì vậy đối với chúng tôi, điều đó cho thấy mầm bệnh lớn hơn vi rút.”
Tuy nhiên, sau khi chuyển sang dịch thể xoang, mà Prentice mô tả là “về cơ bản là nước biển”, các nhà nghiên cứu đã gây bệnh cho những con sao biển khỏe mạnh.
“Điều đó cho thấy rằng mầm bệnh có trong chất lỏng đó, và vì vậy sau đó chúng tôi chỉ cần làm việc với một loại mô sạch hơn, dễ điều tra hơn nhiều,” cô nói.
Từ đó, Prentice đã tạo ra một danh sách tất cả các loài vi sinh vật khác nhau được tìm thấy ở những con sao biển bị suy thoái và so sánh nó với những con sao biển khỏe mạnh trong phòng thí nghiệm.
“Cuối cùng tôi đã đến một điểm mà tôi tạo ra những danh sách khác nhau này và ngay lập tức rất rõ ràng rằng có rất nhiều loài Vibrio khác nhau trong những con sao biển bị suy thoái của chúng tôi và chúng tôi không thực sự thấy điều đó ở những con sao biển khỏe mạnh của mình,” cô nói.
Prentice cho biết sau đó cô đã lọc dữ liệu di truyền để xem xét từng chủng vi khuẩn Vibrio, điều này đã dẫn đến khoảnh khắc “eureka” của họ với Vibrio pectenicida.
“Chúng tôi chỉ thấy nó trong mọi mẫu sao biển bị suy thoái, và sau đó chúng tôi xem xét các mẫu đối chứng của mình và nó không có trong bất kỳ mẫu nào trong số đó,” cô nói.
Prentice cho biết các nhà nghiên cứu khác đã chúc cô “may mắn” khi cô tham gia dự án, nhưng có sự hoài nghi về việc liệu họ có giải được bí ẩn hay không.
Cô cho biết, cảm giác thật “không thể tin được” khi được là một phần của một khám phá có thể giúp tạo ra sự khác biệt có ý nghĩa trong việc phục hồi sao biển và hệ sinh thái của chúng.
Gehman cũng cho biết cô không chắc dự án sẽ mang lại một câu trả lời duy nhất.
“Tôi nghĩ nó sẽ phức tạp. Tôi nghĩ sẽ có nhiều thứ phụ thuộc vào những thứ khác,” cô nói. “Điều này rõ ràng hơn nhiều so với những gì tôi mong đợi.”
Phát hiện này cho phép các nhà nghiên cứu chuyển nỗ lực của họ sang các câu hỏi sâu hơn, bao gồm vai trò có thể có của nhiệt độ đại dương ấm lên và tiềm năng nhân giống sao biển trong điều kiện nuôi nhốt để thúc đẩy khả năng kháng bệnh và thúc đẩy sự phục hồi, cô nói.
Gehman cho biết, căn bệnh này dường như theo mùa, với các đợt bùng phát xảy ra vào những tháng ấm hơn, cho thấy nhiệt độ có thể là một yếu tố, và nói thêm rằng cô sẽ sớm tiến hành các thí nghiệm nhiệt độ để điều tra thêm.
“Liệu Vibrio pectenicida có phát triển nhanh hơn ở nhiệt độ ấm hơn và sao biển có thể sống sót ở tốc độ tăng trưởng ở nhiệt độ mát hơn, nhưng khi bạn đến nhiệt độ ấm hơn, chúng không thể, đó có phải là những gì đang xảy ra không?”
Những phát hiện này có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu được sao biển có thể gặp khó khăn hoặc tồn tại như thế nào với biến đổi khí hậu trong tương lai, Gehman nói.
Prentice cho biết có những quần thể “còn sót lại” của sao biển hướng dương dọc theo bờ biển B.C., và “rất có thể” một số có thể kháng bệnh suy thoái tốt hơn.
Cô cho biết việc tìm kiếm và nhân giống có chọn lọc những con sao biển có khả năng chống lại bệnh tật cao hơn có thể tạo ra những con sao biển ‘siêu sao’ để tái thả vào tự nhiên.
“Đôi khi nó giống như khoa học viễn tưởng, nhưng mọi người đang nghiên cứu về nó,” cô nói.
