Tài liệu sinh học

Tham khảo tài liệu tài liệu sinh học, khoa học tự nhiên, công nghệ sinh học phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tài liệu sinh họcKhông khí gần như là một trò đùa. Không gì có thể chống lại oxy nhưng 78% không khílại là ni-tơ. Ni-tơ thường là nguồn gốc sự sống trên trái đất và là nguồn dinh dưỡngquyết định sự vật phát triển đến mức nào, phát triển ở đâu. Vậy mà lượng lớn ni-tơ điqua phổi hoặc lá lại không giúp ích gì cho động thực vật: một trong những nguồn tàinguyên quý giá nhất của sự sống bị bỏ phí qua từng hơi thở.Ni-tơ trôi nổi trong không khí ở dạng nguyên tử kép (N2) được khóa chặt với nhau bằng hóa chấtthông qua một mối liên kết ba thẳng. Mặc dù rất cần nguyên tố này, cơ thể sinh vật sống vừa đủđộ phức tạp khi có tế bào có nhân – paramecia, khoai tây hay người đều giống nhau – không cóbiện pháp tự nhiên nào có thể phá vỡ mối liên kết đó. Đây là điểm mà nhân loại bị các sinh vậttầm thường qua mặt Những dạng sự sống “đơn giản”, ví dụ như cyanobacteria trôi nổi trongnước hoặc nhóm vi khuẩn rhizobia lẩn khuất trong đất, có thể phá vỡ sự liên kết này. Chiếncông này, được gọi là sự cố định ni-tơ, biến N2 thành một dạng amoniac dễ sử dụng hơn.Kể từ năm 1920, biện pháp công nghiệp Haber-Bosch đã giúp con người tách mối liên kết 3 này,miên là có nguồn năng lượng có thể nâng nhiệt độ lên 400 hoặc 500oC và áp suất là 200 ̃atmosphere. Vậy mà lớp váng trên mặt hồ bạn có thể cố định ni-tơ ở nhiệt độ phòng và áp suấtkhí quyển bình thường. Một số loài thực vật nhất định có những giải pháp gọn gàng hơn. Tự bản thân chúng, đậu nành, đậu, cây tổng quán sủi và những loài khác, có thể cố định ni-tơ tốt hơn bất kỳ người nào. Thực chất chúng hấp dẫn những vi khuẩn di cư vào và giúp chúng làm nhiệm vụ trên. Trong một xã hội vượt ranh giới cũng phức tạp như xã hội loài người, vi khuẩn và thực vật trao đổi những tín hiệu và những bài kiểm tra thiện ý hóa chất cho đến khi vi khuẩn di cư ổn định, thường là trong những hốc hoặc chỗ lồi đặc biệt của cây, và bắt đầu cố định ni-tơ. Với sự giúp sức từ những người bạn này, các loài cây trên có thể lấy được phân bón từ không khí. Điều này cũng đủ để con người phải ghen tị với giống đậu nành. Sản xuất phân bón thông qua phương pháp Haber-Bosch cho mùa màng tiêu tốn nguồn năng lượng khủng khiếp. Và khi chi phí năng lượng đang lên cao, chưa kể đến đốt cháy năng lượng hóa thạch làm tăng lượng khí nhà kính, và dân số toàn cầu tăng nhanh đòiCác cây đậu và họ đậu có khả năng tự hỏi nhiều thực phẩm hơn nữa. Chỉ đối với 1/3 dân số thếtạo ni-tơ từ vi khuẩn mà có khả năng giới, nhiều thực phẩm hơn có nghĩa là nhiều phân bónphá vỡ mối liên kết ba của N2 ở nhiệt nhân tạo hơn. Mọi việc sẽ đơn giản hơn nếu lương thựcđộ phòng. Trong những thập niên gần thực phẩm có thể sử dụng ni-tơ từ N2 trong không khí.đây, các nhà khoa học đã nghiên cứutìm cách đưa những khả năng đó vào Allan Downie, thuộc Trung tâm John Innes ở Norwich,hoa màu. (Ảnh: iStockphoto) Anh, tác giả một bài báo gần đây về tín hiệu thực vật-vi khuẩn trên tờ Annual Review of Plant Biology, cho biết“Mọi người lúc nào cũng hỏi tôi khi nào chúng ta có thể tạo ra bột mì tự cố định ni-tơ”. Downiecho biết mọi chuyện không đơn giản như thế. Ông đã bắt đầu nghiên cứu việc cố định ni-tơtrong suốt những năm 1980 và nhận thấy còn cả một quãng đường dài phía trước.Tin tốt là khoa học đang tăng tốc. Nghiên cứu cả thực vật và vi khuẩn của chúng đã phát hiện rasự đa dạng mới, bất ngờ trong việc cố định ni-tơ và đem lại cho các nhà khoa học những mốiquan hệ hợp tác mới để tìm ra những đầu mối vận hành cơ chế. Các nhà khoa học cũng đangbổ sung kiến thức về cách các cây họ đậu dùng một loại danh sách hóa chất đặc biệt để tìm vàthương thảo với những “công nhân” vi khuẩn tiềm năng. Khoa học đang tìm cách học lại quátrình này, theo dõi từng sắc thái của nó. Thậm chí khi người thầy ở đây chỉ là những chấm nhỏnằm trong đất.Các loài vi khuẩn cố định ni-tơTheo David Dalton thuộc ĐH Reed ở Portland, Oregon, quyền năng nằm trong những chấm nhỏđó. Một số loài, ví dụ như cyanbacteria, trôi nổi trong đại dương và xử lý nhiều ni-tơ đến mứcchúng được công nhận là nguồn lực chính của thành phần hóa học đại dương.Phần lớn ni-tơ trong cánh rừng thông già Douglas thuộc tây bắc Thái Bình Dương có thể xuấtphát từ loài Nostoc cyanbacteria. Vài loài địa y Lobaria bao gồm Nostoc ở dạnh xanh tươi rậmrạp, sau 80 năm có thể thiết lập những thuộc địa khổng lồ lên tận ngọn cây. Dalton ví von“Giống như người ta đổ đi một chuyến tàu đầy rau diếp vậy.”Những loài cố định ni-tơ khác thiết lập các mối quan hệ lỏng lẻo với thực vật khi định cư gần rễhoặc chuyển vào các mô mà không có chỗ trú ẩn đặc biệt nào cả. Một trong những loài nổitiếng nhất, hiện có tên Gluconacetobacter diazotrophicus, xuất hiện trong cây mía ở Brazil vàonăm 1988. Nó thuộc vào một nhóm vi khuẩn được biết là có thể sản xuất z-xít a-xê-tic. Nhưngdưới những điều kiện thích hợp, loài này sản xuất đủ ni-tơ để giúp mía tăng trưởng. Bản thân thực vật không thể sử dụng ni-tơ trong không khí, nhưng chúng có thể nhờ vào vi khuẩn để tạo nên các cổng xử lý ni-tơ trong nốt sần trên rễ. (Ảnh: W. Eberhart, Getty Images)Tuy nhiên, các mối quan hệ chặt chẽ nhất gồm nhiều cấu trúc chuyên biệt hơn, ví dụ nh ...