Cách những vi sinh vật nhuyển thể thích nghi với môi trường cực đoan khắc nghiệt dưới biển

…ở độ sâu 32 feet dưới bề mặt biển, bạn sẽ chịu một áp lực lên tới 97,500 lbs; ở 320 feet, áp lực sẽ tăng lên gấp mười lần; ở 3,200 feet, áp lực sẽ tăng lên gấp một trăm lần; và ở độ sâu 32,000 feet, áp lực sẽ lên tới 97,500,000 lbs – nghĩa là bạn sẽ bị đè bẹp như thể bị ép từ tấm thủy lực vậy!, Quỷ quái! Ned thốt lên._

Mở đầu

Vào thế kỷ 19, xã hội Victoria bị cuốn vào những cơn sốt kỳ lạ, một trong số đó là niềm đam mê với dương xỉ. Đó là thời kỳ của sự khám phá và ai ai cũng muốn trang trí nhà cửa bằng những mảnh thực vật sống kỳ diệu. Khi nhà thực vật học Nathaniel Bagshaw Ward phát triển một thùng kính kín để giữ các loài cây sống, từ người lao động cho đến tầng lớp quý tộc đều có thể tham gia vào phong trào pteridomania – chăm sóc, nuôi trồng và nghiên cứu dương xỉ.

Niềm đam mê này lớn đến mức một số loài đã bị đẩy đến bờ vực tuyệt chủng, trong khi ở nơi khác các loài lai mới xuất hiện từ sự gần gũi giữa các loài khác nhau.

Những khám phá về đại dương qua những chiếc bể kính đầu tiên

Những chiếc bể kính kín này cũng mở rộng tầm nhìn của công chúng về các kỳ quan chưa được biết đến dưới đại dương. Các cuộc thám hiểm khoa học đầu tiên đã mang lên những sinh vật bí ẩn từ vùng biển sâu như san hô, cua và bọt biển chưa từng biết tới. Dù khó nghiên cứu trong môi trường tự nhiên, nhưng các sinh vật này khi được nuôi trong bể kính đã cho phép quan sát kỹ lưỡng, như Anna Thynne – người đầu tiên nuôi các sinh vật biển trong bể cá ở London – đã chứng minh thành công. Bà nuôi các loài động vật biển như san hô đá trong nhiều năm, giúp chúng sống sót và thậm chí sinh sản.

Công việc này không hề dễ dàng, đặc biệt là đối với đội ngũ nhân viên của bà. Mỗi ngày, một người hầu phải dành 15 phút để thông khí cho nước biển bằng cách đứng gần cửa sổ mở và đổ nước từ thùng này sang thùng khác.

Niềm đam mê với bể cá lan tỏa khắp các thành phố

Thynne đã công bố những phát hiện của mình với sự hỗ trợ của Philip Henry Gosse, người sau đó viết một cuốn sách hướng dẫn phổ biến, đưa thú vui nuôi cá đến với công chúng. Những ai quan tâm đến các xu hướng mới nhất giờ đây có thể tận hưởng một mảnh nhỏ của thế giới dưới nước ngay trong phòng khách của mình. Các thành phố lớn bắt đầu xây dựng các bể cá công cộng như ở London, Berlin và New York. Tuy nhiên, việc nuôi động vật hoang dã kỳ lạ gặp nhiều khó khăn. Khi đó, việc duy trì điều kiện ổn định trong bể cá là không thể, vấn đề về ôxy vẫn còn, và các sinh vật nhạy cảm chết hàng loạt.

Không lâu sau, công chúng mất dần hứng thú với các triển lãm thủy sinh, nơi những sinh vật biển không mấy vui vẻ chết dần trong làn nước đục ngầu. Tuy nhiên, sự quan tâm đến đại dương vẫn tồn tại. Đó là thời kỳ của khám phá biển sâu, và tàu HMS Challenger dẫn đầu cuộc hành trình. Nhà sinh vật học biển Antje Boetius, thuộc Viện Max Planck về Vi Sinh Vật Biển tại Bremen và Viện Alfred Wegener tại Bremerhaven, cùng với cha mình là nhà văn Henning Boetius, đã tổng kết về cuộc thám hiểm của tàu Challenger trong cuốn sách Thiên Đường tối tăm.

Chuyến thám hiểm kéo dài bốn năm, vượt qua gần 70,000 dặm, thực hiện 734 cuộc thăm dò bản đồ đáy biển sâu và 255 lần ghi nhiệt độ đáy biển. Các lưới kéo đã được triển khai 240 lần, tạo nên một bức tranh đầu tiên về đại dương và các dòng hải lưu của chúng, dù còn mờ nhạt.

Các phát hiện cuối cùng đã chấm dứt lý thuyết Abyssus hoặc Azoic, cho rằng đại dương sâu là một vùng đất chết, không có sự sống dưới độ sâu 550 mét. Theo ghi chép của gia đình Boetiuses, cũng có vô số sự may mắn kỳ diệu, chẳng hạn như một lần đo vào ngày 23 tháng 3 năm 1875, khi dây chì buông xuống gần như vô tận gần đảo Guam ở Thái Bình Dương, chỉ chạm đáy biển ở độ sâu 8,100 mét: như thể họ đã khám phá ra cổng địa ngục. Vị trí này được đặt tên là Swire Deep theo tên của Herbert Swire, phó trung úy trên tàu. Đây là một phần của Rãnh Mariana, một rãnh đại dương cũng là nơi có Challenger Deep và, ở độ sâu gần 11,000 mét, là nơi sâu nhất trên hành tinh.

Vùng nước sâu và bóng tối vĩnh hằng

Dưới đáy đại dương, bóng tối vĩnh cửu ngự trị. Nhiệt độ gần mức đóng băng và áp suất cao gấp 1,000 lần so với mực nước biển. Khu vực dưới 6,000 mét được gọi là vùng Hadal và gợi nhớ đến vương quốc của Hades, vị thần địa ngục trong thần thoại Hy Lạp. Động vật gần như không thể sống sót ở đây, ít nhất đó là điều mà chúng ta đã nghĩ cho đến khi các nhà khoa học đưa máy móc của họ vào vùng sâu thẳm đáng sợ này lần đầu tiên. Vài năm trước, họ gặp phải một sinh vật sử dụng vật liệu dạng thạch để thích nghi với môi trường sống trong biển sâu, như nhiều loài khác.

Cá hadal snailfish sống ở vùng Hadal ở phía Tây Bắc Thái Bình Dương, nơi chúng bơi một cách đầy bận rộn. Đây là thành viên của họ cá snailfish Liparidae, trong đó có hàng trăm loài với nhiều màu sắc khác nhau đã được khoa học biết đến, nhiều loài trong số đó sống ở các rãnh biển sâu trên thế giới. Loài Pseudoliparis swirei – cũng được đặt tên theo phó trung úy Swire – sống ở độ sâu hơn tám kilômét dưới mực nước biển và là loài cá sống sâu nhất thế giới. Đó là một kỳ công đáng kinh ngạc đối với sinh vật nhỏ bé, thân màu hồng này; áp suất nước ở điểm tìm thấy loài cá này tương đương với trọng lượng của một con voi trên đầu ngón tay. Những loài động vật này làm thế nào để bù đắp cho áp lực lớn mà chúng phải chịu đựng trong môi trường sống này?

Với thân tròn nhỏ chảy dần thành đuôi phẳng, gợn sóng, cá snailfish không có vảy và trông giống như một con nòng nọc quá khổ. Nó hơi trong suốt, nhờ vào các sợi dạng thạch chạy qua mô của nó. Ma trận dạng thạch này giúp nó chịu đựng được áp lực cao, cải thiện độ nổi và có thể làm cho cơ thể linh hoạt hơn. Nhiều loài cá biển sâu tạo ra vật liệu dạng thạch này, vật liệu có độ hydrat cao đòi hỏi ít năng lượng để tạo ra nhưng cung cấp một cách nhanh chóng để tích lũy khối lượng cơ thể nhanh hơn so với cơ bắp. Tuy nhiên, kỹ thuật này chỉ hoạt động dưới áp lực: nếu cá snailfish được đưa lên khỏi độ sâu của đại dương, mô của nó sẽ tan chảy.

Một điều thú vị là các sinh vật trên cạn lại sở hữu một hình thái cấu trúc giống thạch rất đặc biệt trong mô của chúng – thực vật. Các sợi gelatinous hoặc lớp G có thể đã phát triển cùng với các loài thực vật từ thời kỳ đầu trên cạn và vẫn được sử dụng rộng rãi. Ví dụ điển hình nhất là các loài cây sử dụng các sợi gelatinous trong phần gỗ chịu lực của chúng để đảm bảo thân cây phát triển và giữ thẳng đứng, trong khi các cành cây lại có xu hướng nghiêng theo một hướng khác.

Các sợi gelatinous chứa một ma trận đường và thể hiện đặc tính giống như gel có thể co rút và phồng lên. Điều này có thể là một tính năng hữu ích, vì nó mang lại một phần độ linh hoạt cho các cấu trúc thực vật vốn cứng nhắc như thân cây, cành, gai và dây leo. Thậm chí, trong một số trường hợp, các sợi này còn có thể kéo cả cành cây xuống dưới đất để bảo vệ chúng khỏi lửa hoặc đóng băng.

Các cơ thể giống thạch trong đại dương

Quay trở lại đại dương, nơi cơ thể có cấu trúc giống thạch không chỉ giới hạn trong các vùng biển sâu. Sứa, bọ đuôi chùm, hải sâm và nhiều loài động vật khác – bao gồm cả ấu trùng phù du của vô số loài – được cấu tạo chủ yếu từ chất giống như thạch.

Cơ thể của sứa và bọ đuôi chùm chứa lớp thạch mesoglea, các sợi đàn hồi cũng như các bó cơ và sợi thần kinh được đặt trong một ma trận ngậm nước cao.

Đây là lý do khiến sứa mặt trăng, Aurelia aurita, trở thành một trong những loài bơi hiệu quả nhất của đại dương, như nhà sinh lý học John Dabiri tại Viện Công nghệ California đã chỉ ra. Cái chuông của sứa rung lên, đẩy nước ra khỏi phía trên, tạo ra một lực kéo tại đỉnh mà sứa sử dụng để đẩy mình về phía trước theo một chuyển động hút, không cần năng lượng bổ sung.

Một công trình nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng loài này sử dụng một lực vật lý khác để có lợi cho mình: khi một chiếc máy bay cất cánh hoặc một con vật bơi gần một mặt phẳng rắn, hiệu ứng ground effect giúp chúng có thêm lực đẩy. Sứa bơi trong vùng nước mở không có mặt phẳng tự nhiên trong tầm nhìn. Tuy nhiên, các chuyển động của Aurelia aurita tạo ra một vòng xoáy trong nước giống như một bức tường ảo – giúp chúng bơi thậm chí hiệu quả hơn.

Một loài động vật hiệu quả không chỉ trong cách di chuyển mà còn cả về việc tàng hình là loài động vật có cấu trúc giống như thạch. Trong môi trường đại dương không có đá bờ, rừng rong hoặc các loại nơi ẩn nấp khác, những sinh vật dễ bị săn mồi nếu chúng không tự thích nghi bằng cách trở nên gần như vô hình. Các nhóm sinh vật khác nhau đã dần chuyển sang sử dụng cơ thể nhầy nhụa vì chất liệu này phản chiếu và bẻ cong ánh sáng giống như môi trường xung quanh. Chúng trông và hoạt động giống như nước ở đại dương mở; nói cách khác, chúng trong suốt.

Tuy nhiên, không phải tất cả các bộ phận cơ thể đều có thể trong suốt. Mắt cần phải phản xạ ánh sáng, và đường tiêu hóa sẽ hiển thị, ít nhất là khi nó đầy. Đó là lý do tại sao một loại ngụy trang đơn thuần là không đủ.

Loài giáp xác biển Cystisoma, ví dụ, có thể phát triển dài bằng một bàn tay và gần như vô hình. Điều này giúp vì đôi mắt của chúng rất lớn nhưng chỉ có một lớp tế bào sắc tố nhẹ vì các tế bào màu tối được phân tán trên một khu vực rộng. Thủ thuật này hoạt động như nhà sinh vật học Karen Osborn tại Viện Smithsonian giải thích: Chủ yếu là bạn thấy chúng vì bạn không nhìn thấy chúng. Khi bạn kéo một tấm lưới đầy sinh vật phù du, bạn thấy một khoảng trống – tại sao lại không có gì ở đó? Bạn với tay vào và kéo ra một con Cystisoma. Nó về cơ bản là một túi nhựa cellophane chắc chắn.

Những mẹo sinh tồn của loài mực thủy tinh

Cơ thể của mực thủy tinh trong suốt, nhưng đôi mắt và ruột của chúng có thể khiến chúng gặp nguy hiểm. Hầu hết kẻ săn mồi tiếp cận từ dưới đáy biển và quét vùng nước phía trên để tìm mồi, nhưng sẽ khó phát hiện được con mực này. Lần này, loài mực tự phát sáng đôi mắt của mình. Tuy nhiên, đây không phải là việc làm nổi bật, mà là để phản chiếu lại ánh sáng và che giấu mọi sự tương phản mạnh. Điều này làm cho tuyến tiêu hóa của chúng trở thành một vấn đề cần giải quyết. Bộ phận này hoạt động giống như gan của con người, có hình dáng giống một điếu xì gà và có màu tối – nhưng nó có khả năng xoay. Khi con mực di chuyển, tuyến này vẫn luôn đứng thẳng, như một kiểu kim la bàn sinh học. Kẻ săn mồi từ dưới đáy đại dương nhìn lên và cố gắng tìm mồi sẽ phải phát hiện đầu kim của cơ quan này.

Một vài loài động vật trên cạn cũng cố gắng biến mất vào không khí, bao gồm ếch thủy tinh. Theo một công bố gần đây, khả năng ngụy trang của chúng được mô tả là mờ đục chứ không phải hoàn toàn trong suốt. Đây không phải là khả năng biến mất xuyên thấu, mà là làm mềm các đường viền, làm mờ đường nét để hòa vào môi trường xung quanh. Có lý do để các cơ thể có kết cấu gelatin ở động vật trên cạn dễ bị lộ: loại kết cấu giàu nước này mô phỏng nước rất tốt vì bản chất của nó không khác nước là mấy. Tuy nhiên, cơ thể gelatin không thể mô phỏng không khí kém đậm đặc hơn, vì không khí bẻ và phản chiếu ánh sáng theo cách khác – điều này luôn là một dấu hiệu lộ diện. Mặc dù giấc mơ tàng hình đã có từ lâu đời, các sinh vật sống có lẽ sẽ phải dựa vào các thủ thuật quang học thay vì cơ thể trong suốt thực sự vì chúng sẽ phải hoạt động như không khí.

H.G. Wells có thể đã suy nghĩ nhiều về vấn đề này, ông có xu hướng xây dựng các tiểu thuyết của mình dựa trên khoa học vững chắc. Trong Người vô hình, ông đã tự đặt ra nhiệm vụ mô tả cơ thể trong suốt của nhà khoa học Jack Griffin – kết quả của một thí nghiệm thất bại được thực hiện trong cơn kiêu ngạo – một cách vừa hợp lý vừa nhất quán, đến mức cả miếng phô mai mà nhà khoa học này ăn cũng có thể được quan sát đi qua đường tiêu hóa vô hình của hắn:

Có loài động vật nào vô hình không?… Trong biển, có. Hàng ngàn – hàng triệu. Tất cả các ấu trùng, tất cả các sinh vật nhỏ như nauplii và tornaria, tất cả những thứ siêu nhỏ, sứa. Trong biển có nhiều thứ vô hình hơn là những thứ có thể nhìn thấy! Tôi chưa từng nghĩ đến điều này trước đây. Và trong các ao nữa! Tất cả các sinh vật nhỏ trong ao – các đốm thạch nhạt màu và trong suốt! Nhưng trong không khí? Không!

Wells đã làm tốt việc đưa ra một lời giải thích khoa học cho sự biến đổi của nhân vật chính trong khi vẫn hoàn toàn không thực tế. Sự trong suốt thực sự, ít nhất hiện tại, vẫn là đặc quyền của các loài động vật gelatin dưới biển, chúng trông hầu như giống nước. Tuy nhiên, cơ thể trong suốt không phải là thủ thuật duy nhất mà chúng sử dụng để che giấu mình khỏi kẻ săn mồi. Chất nhờn cũng có thể giúp ích bằng nhiều cách khác.

Một màn che bằng chất nhờn là một lựa chọn. Một số loài ốc biển như ốc thỏ biển Aplysia tạo ra các đám mây màu tím để xua đuổi kẻ thù, với mực độc là thành phần chính. Đám mây tối không bị phân tán ngay lập tức nhờ vào một lượng lớn chất nhờn pha trộn. Một số loài mực còn tiến xa hơn. Khi gặp nguy hiểm, chúng thêm đủ chất nhờn vào mực để tạo ra các hình nhân giả. Những hình nhân này có hình dạng và kích cỡ giống mực với nhiệm vụ duy nhất là giữ ổn định đủ lâu để đánh lạc hướng kẻ săn mồi. Một loài thậm chí có thể tạo ra cả một đội quân, bắn ra nhiều hình nhân giả liên tiếp trước khi hòa vào đám đồng loại nhờn nhụa hoặc trốn thoát.

Giấc ngủ yên lành của cá vẹt

Tuy nhiên, việc sử dụng chất nhờn để đánh lạc hướng không phải lúc nào cũng là vấn đề sinh tử. Tất cả những gì cá vẹt thực sự muốn là một giấc ngủ ngon ngoài rạn san hô. Điều đó có phải là quá đáng không? Không có thiết bị phù hợp thì có lẽ là vậy, nhưng loài cá sáng màu này đơn giản là tiết ra một quả bóng nhờn để trốn vào. Túi ngủ từ đầu đến vây đuôi này trong suốt nhưng được cho là giúp giữ lại các phân tử mùi hương, khiến cá hầu như vô hình với loài Gnathiidae ký sinh, tương đương với loài ve trong môi trường biển.

Nếu những kẻ ký sinh này hoặc một loài gây hại khác vẫn bám vào, nạn nhân không may chỉ cần bơi ngang qua một trạm làm sạch trong rạn san hô. Các loài cá lớn, rùa và thậm chí là bạch tuộc có thể dừng lại để loại bỏ da chết và ký sinh trùng bên ngoài nhờ vào cá thợ làm sạch có răng sắc. Một số loài cá, đặc biệt là cá fangblenny sọc xanh, chỉ cần tới đủ gần để cắn một miếng thịt khỏi một khách hàng không ngờ, phản ứng của con mồi với cuộc tấn công vẫn còn bị làm dịu do chất độc dựa trên opio của loài ký sinh.

Việc lấy một miếng chất nhờn hoặc thịt không phải lúc nào cũng dễ dàng, đặc biệt nếu con mồi là san hô gai sắc như dao. Loài cá wrasse tubelip (Labropsis australis) đã nghĩ ra một cách thông minh bằng cách dùng nụ hôn bôi trơn của cái chết. Miệng của chúng được sắp xếp thành các nếp mỏng giống như mang của một cây nấm, với các tế bào chén tiết ra chất nhờn làm cho miệng đầy nhầy nhụa. Nhờ vậy, loài này có thể hút chất nhờn và thịt của san hô mà không cảm thấy đau hoặc cắt vào thịt nhạy cảm của mình.

Nụ hôn chết chóc của cá rạn san hô

Ăn một miếng chất nhầy hoặc thịt là một thách thức, đặc biệt khi con mồi của bạn là những rạn san hô có bộ xương sắc như dao cạo. Cá tubelip wrasse (Labropsis australis) đã nghĩ ra một giải pháp tài tình bằng cách trao nụ hôn trơn trượt chết chóc. Đôi môi dày của nó được sắp xếp thành các nếp gấp mịn, giống như mang nấm, và chúng được phủ bởi các tế bào cốc làm miệng liên tục tiết ra chất nhầy. Bằng cách đó, loài vật này có thể hút chất nhầy và thịt của san hô mà không cảm thấy bị chích hoặc làm rách lớp da mỏng manh của chính nó.

Một ví dụ khác về việc cấu trúc cơ thể mềm của cá được điều chỉnh cao độ để xử lý thức ăn sắc nhọn là một loại cá wrasse sản xuất lượng lớn chất nhầy trong miệng. Chế độ ăn của chúng chủ yếu bao gồm thức ăn dạng gelatin – hoặc chất thải hữu cơ hoặc động vật phù du – và chất nhầy có thể giúp giữ lại thức ăn trơn trượt và vô hiệu hóa các tế bào châm chích.

Không phải mọi chất nhầy bổ dưỡng đều phải giành giật mới có được. Cá discus tự nguyện cung cấp chất nhầy của mình. Tạm thời thôi. Cả bố lẫn mẹ đều cho phép con non tiêu thụ chất gel giàu dinh dưỡng từ da của họ trong suốt một tháng, chất này bão hòa với các yếu tố miễn dịch. Tuy nhiên, khi các tuần trôi qua, nguồn thức ăn này gây ra xung đột: cá non bám vào với tần suất lớn hơn, khiến bố mẹ phải thay phiên chăm sóc cho đến khi cuối cùng họ quyết định ngừng cung cấp. Đây là một cách chăm sóc con non đặc biệt; các nhà khoa học coi việc cá đĩa cho ăn chất nhầy từ cả bố lẫn mẹ này giống với thói quen của động vật có vú và chim hơn là các loài cá khác.

Đây cũng không phải là ví dụ duy nhất về việc con non ăn thịt mẹ: các loài caecilian, là những loài lưỡng cư sống trên cạn, có các con cái cho phép con non liên tục nhấm nháp lớp ngoài dày của da mình.

Quay lại với những con mồi có vũ khí – và nơi trú ẩn: cá ngọc trai ẩn náu ở một nơi không ngờ, như John Steinbeck đã ghi nhận trong The Log from the Sea of Cortez:

Trong một con hải sâm, chúng tôi phát hiện ra một con cá nhỏ sống cộng sinh, sống sâu bên trong hậu môn. Nó di chuyển ra vào rất dễ dàng và nhanh chóng, luôn nằm đầu vào bên trong. Trong chảo nước, chúng tôi dùng áp lực nhẹ lên thân hải sâm để đẩy nó ra, nhưng nó nhanh chóng quay lại và chui vào hậu môn một lần nữa. Sắc nhợt nhạt của con cá này dường như chỉ ra rằng nó sống thường xuyên ở đó.

Chúng cần lớp chất nhầy dồi dào trên da làm chất bôi trơn khi trượt vào phần sau của hải sâm, phần này không thể siết chặt lại vì những sinh vật này thở qua hậu môn của mình. Để thêm phần nghiệt ngã, cá ngọc trai Encheliophis không chỉ sử dụng vật chủ làm nơi trú ẩn mà còn ăn cả mô bên trong của hải sâm. Tuy nhiên, bên trong của hải sâm không hoàn toàn bất lực trước các cuộc tấn công. Chúng có thể đẩy ruột của mình ra ngoài như những sợi tơ nhớp nháp, và chất này cũng tiết ra các chất độc mạnh. Điều này không tạo ra một nơi trú ẩn thoải mái, nhưng bằng cách nào đó cá ngọc trai vẫn sống sót nhờ tiết ra một lớp chất nhầy dày hơn để tự bảo vệ.

Chức năng đặc biệt của chất nhầy trong sinh vật biển

Lớp vỏ nhầy của cá ngọc trai có thể là một đặc điểm độc đáo đáp ứng nhu cầu đặc biệt của nơi trú ẩn của nó, nhưng lớp chất nhầy bên ngoài cũng giúp các loài cá khác trơn tru di chuyển qua nước và các khe hẹp. Những lớp màng này còn có nhiều chức năng quan trọng khác khi là giao diện giữa động vật và môi trường. Người ta biết rằng chất nhầy có thể chứa các phân tử kháng khuẩn và miễn dịch để ngăn ngừa nhiễm trùng đồng thời chứa vi khuẩn có lợi.

Chất nhầy của cá – giống như các hydrogels dựa trên mucin của con người – cũng có chức năng xã hội. Nó giúp giao tiếp giữa các thành viên của cùng một loài để đồng bộ hóa việc sinh sản hoặc phối hợp bơi theo đàn, chẳng hạn.

Tuy nhiên, giao tiếp cũng là một con dao hai lưỡi vì nó có thể thu hút những kẻ không mong muốn. Con sán dẹt ký sinh Entobdella soleae chỉ bám vào da của cá sole thường, các ấu trùng của chúng phải tìm đến và xâm nhập vào vật chủ ngay sau khi nở. Loài cá sole sống về đêm, dành cả ngày nửa chôn mình trong trầm tích, khiến chúng dễ bị tấn công.

Giao tiếp là một con dao hai lưỡi, vì nó cũng có thể thu hút những kẻ không mong muốn. Con sán dẹt ký sinh Entobdella soleae chỉ bám vào da của cá sole thường, và ấu trùng của chúng phải tìm đến và xâm nhập vào vật chủ ngay sau khi nở. Loài cá sole sống về đêm, thường dành cả ngày nửa chôn mình trong trầm tích, làm cho việc tiếp cận dễ dàng hơn. Đây có lẽ là lý do hầu hết các cuộc tấn công xảy ra vào buổi sáng, nhưng ấu trùng vẫn linh hoạt trong lịch trình của chúng. Nếu chỉ thoáng bắt được mùi nhầy mà cá sole để lại gần đó hoặc ngay trên trứng của chúng, ấu trùng sẽ lập tức nở.

Mô phỏng chỉ dấu nhầy trong nghiên cứu khoa học

Các nhà khoa học đã cố gắng mô phỏng kỹ thuật này để tìm ra chỉ dấu nhầy. Họ thường gặp khó khăn trong việc phát hiện tất cả các loài, đặc biệt là những loài hiếm hoặc ẩn náu trong các hệ sinh thái dưới nước. Tuy nhiên, vì chất nhầy bong tróc có thể chứa tế bào của sinh vật mà nó thuộc về, nên các nhà khoa học hiện chỉ cần kiểm tra mẫu nước để tìm dấu vết di truyền, gọi là DNA môi trường. Một phương pháp tương tự có thể hữu ích trong việc kiểm tra sức khỏe của các sinh vật khổng lồ. Trước đây, các nhà khoa học phải dựa vào mẫu da và mô để đánh giá sức khỏe của cá voi, nhưng điều này rất khó thực hiện; giờ đây họ sử dụng drone để thu gom chất nhầy được thải ra mỗi khi cá voi thở qua lỗ thở của nó. Chất nhầy này chứa tế bào của cá voi và cả mẫu vi sinh vật có thể là mầm bệnh.

Những ký sinh trùng nguy hiểm là vấn đề trên lớp da bên ngoài của sinh vật biển. Nhiều con cá voi thường xuyên bị nhiễm ký sinh trùng và các loài gây hại khác, là hậu quả của lịch sử tiến hóa độc đáo của chúng. Không giống như cá chưa bao giờ rời khỏi nước, cá voi đã thích nghi với cuộc sống trên cạn mà không có lớp chất nhầy bên ngoài trước khi quay lại biển, điều này khiến ký sinh trùng dễ bám vào. Tuy nhiên, cá voi hoa tiêu đã phát triển một làn da rất mịn, có khả năng tự làm sạch. Các khe giữa các tế bào của chúng tiết ra một loại chất nhầy chứa enzyme làm đầy các chỗ không bằng phẳng, khiến các loài gây hại khó bám vào.

Cuộc chiến sinh tồn giữa ký sinh và chất nhầy

Nhưng đây là một cuộc đua vũ trang vĩnh viễn, và một số ký sinh trùng có thể lần lượt thích nghi với lớp màng mới để tìm thấy vật chủ. Tuy nhiên, không phải tất cả ấu trùng yêu chất nhầy đều là mối đe dọa. Ấu trùng siêu nhỏ của giun, trai, san hô, giáp xác, bọt biển và các loài động vật biển khác trôi dạt trong biển dưới dạng sinh vật phù du, tìm kiếm một môi trường sống tốt. Vì chúng chỉ định cư một lần duy nhất để biến đổi thành dạng trưởng thành cố định, nên đó phải là một địa điểm hoàn hảo. Nhiều yếu tố môi trường góp phần vào quá trình này, điều này rất quan trọng đối với sự sống còn của cả quần thể động vật không xương sống biển.

Khi ấu trùng chọn nơi định cư tương lai, một yếu tố nổi bật, mà một số nhà khoa học coi là một cơ chế phổ quát. Việc định cư và biến hình của ấu trùng có thể được kích thích – và có thể bị ức chế – bởi các lớp màng vi khuẩn nhầy. Những màng sinh học phức tạp này có mặt ở khắp nơi và sẽ nhanh chóng phát triển trên bất kỳ bề mặt nào trong nước biển, thường với các loài vi khuẩn khác nhau, tảo đơn bào và các vi sinh vật khác. Việc giải mã tín hiệu nào phát đi thông điệp nào để kích thích hoặc đẩy lùi các ấu trùng động vật không xương sống khác nhau là rất khó khăn, và trong hầu hết các trường hợp, chúng ta vẫn chưa biết chi tiết, nhưng sự liên kết này đã được chứng minh. Ví dụ, ấu trùng của giun Hydroides elegans sẽ từ chối bám vào nếu không có màng vi khuẩn, thậm chí dường như còn thích một số loài vi khuẩn nhất định.

Cá mập và sự nhạy cảm với chất nhầy

Nếu một số lớp màng vi khuẩn mang lại cho ấu trùng biển tình yêu từ cái nhìn đầu tiên như một số nhà khoa học đã gọi, thì cá mập cũng cảm nhận đặc biệt từ chất nhầy. Cũng như loài cá đuối, các loài săn mồi này săn mồi nhờ vào các cơ quan cảm nhận trên da, được gọi là ampullae của Lorenzini. Đầy chất thạch nhầy, những lỗ chân lông và kênh này nhận biết những thay đổi nhỏ nhất về áp lực. Nếu một sinh vật di chuyển dù chỉ một chút ở khoảng cách xa, cá mập có thể xác định vị trí của nó qua các ăng-ten nhầy của mình. Tuy nhiên, nếu cuộc tìm kiếm dẫn đến một con hagfish, cá mập sẽ chỉ nhận lại một miếng nhầy gây nghẹn mà thôi. Thất vọng cũng sẽ xảy ra với những con cá đuối không may khi dám cắn vào con sao biển Pteraster tesselatus: khi bị tấn công, một lớp rỗng dưới da sao biển sẽ tràn đầy chất nhầy xua đuổi.

Một loài sinh vật biển khác tiết ra chất nhầy là loài giun ốc (Vermetidae). Sau khi định cư ở dạng ấu trùng, những con trưởng thành sống cả đời ở một vị trí trong các ống vôi trông giống như vỏ ốc cuốn chặt hoặc xoắn ra. Cách sống này đặt ra hai vấn đề: làm sao để ăn? Và làm sao để sinh sản? Chất nhầy là câu trả lời cho cả hai câu hỏi. Giống như loài nhện trong mạng nhện, giun ốc thả những sợi dính nổi trong dòng nước như những cái bẫy săn mồi. Từ lỗ mở của ống, chúng bắn lưới nhầy ra nước mở, có thể chồng chéo như một mạng trong các đàn giun. Những tấm màn nhầy này có thể phá hủy mô san hô, cho thấy rằng chúng có thể chứa các hóa chất độc hại. Khi đến lúc sinh sản, con đực chỉ việc thả bó tinh trùng của mình ra nước mở, nơi chúng bị mắc vào lưới của con cái, bám vào các sợi nhầy câu mồi trước khi bị kéo vào.

Trong vùng sâu tối tăm và tương đối trống trải của biển, tuy nhiên, các con cái bị mắc kẹt một chỗ không thể để bẫy tinh trùng của mình trở nên trống rỗng hết lần này đến lần khác. Loài giun Osedax mucofloris đã phải tìm một cách khác để đảm bảo thế hệ tiếp theo. Loài động vật kỳ lạ này sống dưới đáy biển, hấp thụ các chất dinh dưỡng và mỡ còn sót lại từ xương cá voi chìm xuống sau khi chết trong một hành trình kéo dài vài tuần. Những xác cá voi chìm này tạo ra một mùa xuân giữa đại dương sâu thẳm, nơi hàng trăm loài dựa vào nguồn lợi từ phía trên, ngay cả khi chúng không chuyên biệt như Osedax. Các con giun bám vào mô xương bằng các cái gai, giống như rễ cây và được phủ trong một lớp nhầy giúp tan rã mô hoặc bảo vệ chúng giữa các mảnh xương vụn. Nhưng toàn bộ cơ thể chúng được bao bọc bởi một lớp ống nhầy dày đặc chứa một hậu cung hơn 100 con đực tí hon.