Điều gì giúp các loài cá chịu được áp lực dưới đáy biển sâu?

Vùng âm là lớp trên cùng của đại dương, nhận đủ ánh sáng mặt trời cho việc hỗ trợ đời sống thực vật thủy sinh. Nhưng hầu hết các sinh vật biển sâu sống dưới mặt nước hàng nghìn mét, cách xa vùng âm đó. Những thách thức sinh tồn mà các loài sinh vật biển này phải đối mặt bao gồm việc khan hiếm thức ăn, áp suất nước cao, lượng oxy thấp, bóng tối và nhiệt độ cực kỳ lạnh giá.

Thông thường, dưới áp suất khí quyển bình thường, các phân tử nước trong tế bào sống tạo thành một mạng lưới giống như tứ diện. Nếu mạng lưới đó thay đổi hình dạng vì tác động của áp lực bên ngoài, thì các quá trình hóa sinh quan trọng sẽ không thể diễn ra trong tế bào. Khi điều này xảy ra trên quy mô toàn bộ cơ thể, sẽ dẫn đến cái chết cho sinh vật.

Vậy tại sao một số sinh vật lại có thể tồn tại được dưới mức biển sâu hàng nghìn mét, nơi có áp suất nước khủng khiếp và môi trường sống vô cùng khắc nghiệt như vậy?

Người ta đã phát hiện ra bên trong mô của động vật giáp xác và các loài sinh vật sống dưới đáy biển sâu có sự hiện diện của Trimethylamine N-oxit (TMAO) - một hợp chất hữu cơ nằm trong lớp oxit amin, những TMAO này cung cấp một neo cấu trúc giúp nước có thể chống lại áp suất cực lớn mà nó phải chịu. Điều thú vị là nồng độ TMAO trong các sinh vật biển sẽ tăng lên theo độ sâu nơi chúng sinh sống.

Các nhà khoa học đã làm thí nghiệm bắn chùm neutron vào các mẫu nước có và không có TMAO được lưu trữ ở áp suất cao hoặc thấp. Kết quả cho thấy các liên kết hydro trong phân tử nước không có TMAO bị biến dạng dưới áp lực và mạng lưới phân tử nói chung trở nên nén chặt lại. Tuy nhiên, trong các mẫu được thêm TMAO, các liên kết hydro rất mạnh và ổn định, trong khi cấu trúc mạng được duy trì.

Nghiên cứu về TMAO cho phép các nhà khoa học hiểu rõ hơn về việc làm thế nào mà vô số sinh vật mới được phát hiện có thể tồn tại ở sâu bên dưới các đại dương trên thế giới. Đồng thời cung cấp một cầu nối giữa nước dưới áp suất ở cấp độ phân tử và khả năng tuyệt vời của các các sinh vật biển phát triển dưới áp suất cao ở độ sâu của đại dương.