Hình ảnh huỳnh quang 3D của trùng lông trong dạ cỏ, Entodinium caudatum. Nguồn: Chuanqi Jiang, Jinying He, và Che Hu/Viện Thủy sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc

Khi bò ợ hơi, chúng thải ra một lượng lớn khí methane vào không khí, khiến chúng trở thành một trong những tác nhân hàng đầu gây phát thải khí nhà kính. Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science, một cấu trúc sản sinh hydro mới được phát hiện bên trong các vi sinh vật ở dạ dày bò có thể là yếu tố ảnh hưởng đến lượng khí bị thải ra này.

Quá trình tạo ra methane

Bò là động vật có vú nhai lại với hệ tiêu hóa phân giải thức ăn trong một dạ dày có bốn ngăn. Bên trong dạ cỏ (rumen), các vi sinh vật tiến hành lên men các sợi thực vật cứng, chẳng hạn như cỏ, giải phóng ra hydro và carbon dioxide dưới dạng chất thải.

Các vi sinh vật khác, được gọi là vi sinh vật sinh methane (methanogens), sau đó kết hợp hai loại khí này lại để tạo ra methane. Vì bò không thể sử dụng loại khí này cho bất kỳ mục đích hữu ích nào, nên nó bị tống ra ngoài, chủ yếu là qua những cái ợ hơi.

Tuy nhiên, đây không phải là những sinh vật nhỏ bé duy nhất tham gia vào quá trình này. Trùng lông (ciliates) - những vi sinh vật đơn bào phức tạp - cũng đóng góp một phần đáng kể. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc loại bỏ trùng lông có thể giúp cắt giảm hơn một phần ba lượng khí methane.

Lập bản đồ vi sinh vật

Để tìm hiểu sâu hơn, các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc đã tiến hành giải trình tự DNA của 450 loại trùng lông trong dạ cỏ và theo dõi 100 con bò sữa. Họ đo lường lượng khí methane mà bò thải ra và đối chiếu các mức độ này với những vi sinh vật cụ thể đang sống trong dạ dày của chúng.

Nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra mối liên hệ trực tiếp giữa sự đa dạng của các sinh vật này và lượng khí sinh ra. Như họ đã ghi chú trong bài báo của mình: "Tổng số lượng trùng lông và tỷ lệ giữa loài Vestibuliferida so với Entodiniomorphida là những yếu tố then chốt quyết định lượng methane thải ra."

Một bào quan mới

Họ cũng nhận thấy rằng những con bò có mức methane cao hơn thì sở hữu lượng lớn các gen liên kết với một cấu trúc tế bào chưa từng được nhận diện trước đây. Bằng cách sử dụng các kỹ thuật hiển vi điện tử, bao gồm cả chụp cắt lớp (tomography) - một phương pháp cho phép các nhà khoa học xây dựng bản đồ 3D độ phân giải cao về các cấu trúc bên trong tế bào - họ đã xác định được một bào quan (một khoang chuyên biệt bên trong tế bào trùng lông) hoàn toàn mới.

Các tác giả của nghiên cứu sau đó đã sử dụng kỹ thuật dán nhãn di truyền để xác nhận rằng những gen này có liên quan mật thiết đến sự hình thành của bào quan nói trên. Họ đặt tên cho nó là "thể hydro" (hydrogenobody) vì nó có khả năng sản sinh ra hydro làm nhiên liệu cho quá trình tạo methane.

Các bản đồ 3D tiết lộ rằng các "thể hydro" nằm gọn bên trong tế bào trùng lông, kề cận ngay với các vi sinh vật sinh methane - vốn là những vi sinh vật cộng sinh sống cùng trong tế bào đó. Sự sắp xếp này cho thấy "thể hydro" có thể cung cấp hydro trực tiếp cho vi sinh vật sinh methane, sau đó vi sinh vật này sẽ chuyển hóa lượng hydro đó thành loại khí mà bò thở ra.

"Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp một nguồn tài nguyên hệ gen toàn diện về trùng lông trong dạ cỏ, tiết lộ một bào quan sản sinh hydro mới giúp kết nối hoạt động tế bào của trùng lông với lượng khí thải methane, đồng thời làm sáng tỏ cơ chế cốt lõi của quá trình sinh methane do trùng lông thúc đẩy ở động vật nhai lại", các nhà nghiên cứu cho biết.

Những hiểu biết sâu sắc từ nghiên cứu này có thể mở ra hướng đi mới giúp giảm thiểu lượng khí thải methane từ ngành chăn nuôi trong tương lai. Ví dụ, người ta có thể sử dụng các chất phụ gia thức ăn được pha chế đặc biệt để vô hiệu hóa các "thể hydro" này.