CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN
3.3. Bàn luận về kết quả nghiên cứu
3.3.2. Sự khác biệt của quần xã vi sinh vật trong chấtnhầy san hô so vớ
trong môi trường nước và vai trị của chúng trong sức khỏe san hơ
Kết quả nghiên cứu cho thấy, mật độ vi khuẩn và vi rút trong môi trƣờng chất nhầy san hô cao hơn so với trong môi trƣờng nƣớc xung quanh (ANOVA, p < 0,05; Bảng 3.1), tƣơng quan thuận giữa mật độ vi khuẩn và mật độ vi rút trong lớp chất nhầy san hô cũng đã đƣợc ghi nhận (Bảng 3.8). Các kết quả này cũng phù hợp với một số nghiên cứu trƣớc đây (Leruste và cs, 2012b; Vega-Thurber và cs, 2009; Nguyen-Kim và cs, 2014). Theo một số nghiên cứu khác, vi rút trong chất nhầy san hơ cịn có sự đa dạng về hình thái và di truyền, bao gồm vi rút của vi khuẩn (bacterio-phage) và vi khuẩn cổ (archaea), vi rút trong sinh vật nhân chuẩn (Davy và Patten, 2007; Marhaver và cs, 2008; Thurber và cs, 2008). Chúng cũng đã đƣợc tìm thấy trong các mơ của các polyp san hơ có biểu hiện bệnh chết trắng (Bettarel và cs, 2013; Patten và cs, 2008; Wilson và cs, 2005). Do vậy, kết quả ghi nhận có sự hiện diện của vi rút trong vi tảo zooxanthellae (tảo cộng sinh với san hô) trong nghiên cứu này và trong thí nghiệm chiếu tia cực tím, tăng nhiệt độ, hoặc thêm kem chống nắng vào môi trƣờng (Correa và cs, 2013; Danovaro và cs, 2008; Lohr và cs, 2007; Soffer và cs, 2014; Wilson, 2001) là những cơ sở để cho rằng, vi rút có vai trị quan trọng đối với sự tồn tại và phát triển của vi khuẩn và vi tảo zoosanthellae (là hai nhóm sinh vật đƣợc cho là có vai trị quan trọng với sự sống của san hơ). Do đó, các kết quả này là cơ sở để cho rằng, hầu hết các vật chủ của vi rút trong chất nhầy san hơ là vi khuẩn và vi rút có thể tác động gián tiếp tới sức khỏe của san hô thông qua vi khuẩn và vi tảo cộng sinh trên san hơ.
Ngồi ra, mật độ vi khuẩn dị dƣỡng, và mật độ Vibrio (Hình 3.4), mật độ nhóm hình thái xoắn khuẩn trong chất nhầy san hơ cũng cao hơn so với trong môi trƣờng nƣớc xung quanh (Hình 3.3). Kết quả này phù hợp với nghiên cứu của Ritchie và Smith (2004), theo đó mật độ vi khuẩn ni cấy đƣợc trong chất nhầy san hô cao gấp 100 lần so với trong môi trƣờng nƣớc xung quanh. Rất có thể, chất nhầy san hơ là môi trƣờng sống thuận lợi và thúc đẩy sự sinh trƣởng của vi khuẩn, làm tăng cƣờng khả năng trao đổi chất của san hô. Thực vậy, chất nhầy san hô đƣợc cấu thành từ các hợp chất giàu năng lƣợng nhƣ protein, chất béo, polysaccharides (Brown BE, 2005; Tremblay và cs, 2011). Ngoài ra, glucose là một nguồn năng lƣợng quan trọng cho hầu hết các loại vi khuẩn (Brown và Bythell, 2005; Ritchie và Smith, 2004; Wild và cs, 2010) lại là thành phần carbohydrate phổ biến nhất (80%) trong chất nhầy san hô (Bansil và Turner, 2006; Ducklow và Mitchell, 1979).
Mặt khác, hoạt động của quần xã vi khuẩn đƣợc đánh giá qua tỉ lệ tế bào vi khuẩn có hoạt động hơ hấp, khả năng chuyển hóa chất hữu cơ (AWCD) trong nghiên cứu này cũng cho thấy, vi khuẩn hoạt động mạnh hơn trong môi trƣờng chất nhầy san hô so với trong môi trƣờng nƣớc xung quanh (ANOVA, p < 0,05; Bảng 3.1; Hình 3.6 ÷ 3.8). Kết quả này cũng góp phần minh chứng thêm cho mối quan hệ cộng sinh giữa vi khuẩn và san hô: san hô cung cấp nguồn dinh dƣỡng (dịch nhầy) cho vi khuẩn sinh trƣởng, ngƣợc lại, hoạt động của vi khuẩn lại góp phần đáp ứng một phần nhu cầu dinh dƣỡng cho san hô. Theo Rohwer và cộng sự (2002), vi khuẩn trên san hơ có hoạt tính cao và phong phú, chúng có thể đáp ứng phần lớn nhu cầu nitơ của san hô (Lesser và cs, 2004). Ngồi ra, vi khuẩn trên san hơ còn tạo nên khả năng kháng khuẩn (Carlos và cs, 2013b). Điều thú vị là, mặc dù phần lớn các thông số về đặc điểm quần xã vi sinh vật đã đƣợc nghiên cứu đều cho thấy trong môi trƣờng chất nhầy san hô cao hơn trong môi trƣờng nƣớc xung quanh, ngoại trừ đặc
điểm về số lƣợng OTU hay tính đa dạng di truyền của quần xã vi khuẩn (ANOVA, p < 0,05; Hình 3.11). Điều này có thể đƣợc lý giải rằng, chất nhầy san hơ là mơi trƣờng có tính chọn lọc, có thể chỉ những vi khuẩn hữu ích cho san hơ mới có khả năng tồn tại và phát triển, các vi khuẩn ngoại lai xâm nhập (trong đó có vi khuẩn gây bệnh) sẽ bị hệ thống phịng vệ vi sinh vật của san hô ngăn chặn (Arotsker và cs, 2009; Carlos và cs, 2013a; Koren và Rosenberg, 2006; Rohwer và cs, 2001), dẫn đến tính đa dạng của vi khuẩn trong dịch nhầy thấp hơn so với môi trƣờng nƣớc xung quanh. Trong đó, tính chọn lọc của mơi trƣờng chất nhầy đƣợc cấu thành từ các cơ chế khác nhau: hệ vi khuẩn hữu ích trên chất nhầy tiết dịch ngoại bào có tính kháng khuẩn, làm ức chế các vi sinh vật ngoại lai xâm nhập, hay chúng tạo ra khả năng cạnh tranh nguồn dinh dƣỡng hoặc không gian sống với các vi khuẩn ngoại lai xâm nhập (Shnit-Orland và cs, 2012), hoặc vi khuẩn phối hợp với hoạt động của hệ vi rút qua quá trình sinh tan và tiềm tan (Ankrah và cs, 2013; Rohwer và Thurber, 2009) nhƣ mơ tả trong mơ hình BAM của Barr và cs (2013a); (Barr và cs, 2013c), đã làm hạn chế sự tồn tại, sinh trƣởng và phát triển của các vi sinh vật ngoại lai xâm nhập trên lớp chất nhầy san hô.
Hơn nữa, thành phần và số lƣợng cũng nhƣ mật độ DNA của các OTU trong các quần xã vi khuẩn cũng thấy, có sự khác biệt rõ ràng giữa mẫu nƣớc môi trƣờng xung quanh với các mẫu chất nhầy san hô ở khu vực Cát Bà cũng nhƣ ở khu vực Long Châu (Hình 3.12). Đây là một minh chứng nữa cho sự khác biệt giữa quần xã vi khuẩn trong chất nhầy san hô với quần xã trong môi trƣờng nƣớc xung quanh. Mặt khác, các đặc điểm của quần xã vi sinh vật (mật độ vi khuẩn tổng số, mật độ vi khuẩn dị dƣỡng và vi khuẩn Vibrio, số lƣợng đơn vị phân loại di truyền, tỉ lệ tế bào có hoạt động hơ hấp, hay khả năng chuyển hóa chất hữu cơ) trong chất nhầy san hơ đều có sự thay đổi lớn giữa san hô ở trạng thái khỏe mạnh so với san hơ có biểu hiện bệnh.
Do vậy, các đặc điểm của quần xã vi sinh vật trong lớp chất nhầy của san hô khỏe mạnh, san hô bị bệnh và trong môi trƣờng nƣớc xung quanh đã cung cấp cơ sở khoa học để cho thấy rằng: vi khuẩn và vi rút có liên quan tới sức khỏe của san hô, và sự cân bằng về số lƣợng và hoạt động giữa các nhóm sinh vật trong holobiont san hơ sẽ là chìa khóa cho sự ổn định sức khỏe của san hô. Ngƣợc lại, khi sự cân bằng này bị phá vỡ thì cấu trúc của hệ vi sinh vật trong holobiont san hô sẽ bị thay đổi, tạo điều kiện cho các vi khuẩn cơ hội từ môi trƣờng xung quanh xâm nhập và phát triển, kết quả có thể dẫn đến hình thành bệnh cho san hô.
Nhƣ vậy, nguyên nhân hay động lực nào làm phá vở sự cân bằng về số lƣợng và hoạt động giữa các nhóm sinh vật trong holobiont san hơ? Mơi trƣờng có tác động nhƣ thế nào tới trạng thái cân bằng này? Vấn đề này phần nào sẽ đƣợc bàn luận và làm rõ trong phần tiếp theo.
3.3.3. Sự khác biệt của quần xã vi sinh vật trong chất nhầy san hô giữa hai khu vực nghiên cứu và vai trị của chúng trong sức khỏe san hơ
Các đặc điểm lý hóa mơi trƣờng nƣớc tại hai khu vực nghiên cứu là Cát Bà và Long Châu đều có sự khác nhau rõ rệt (ANOVA, p < 0,05; Bảng 3.7). Phần lớn các yếu tố mơi trƣờng ở khu vực Cát Bà đều có giá trị lớn hơn nhiều so với ở khu vực Long Châu, ngoại trừ độ mặn. Cụ thể, nồng độ chlorophyll a, nitrit, nitrat, amoni và phốt phát ở khu vực Cát Bà lần lƣợt cao hơn so với khu vực Long Châu là 71%, 113%, 146%, 28% và 49%. Sự khác nhau về điều kiện môi trƣờng tại hai khu vực này cũng đã đƣợc chứng minh qua nhiều nghiên cứu khác nhau (xem mục 1.7.1), sự khác biệt này phần lớn là do các hoạt động nhân sinh, nhƣ hoạt động du lịch, nuôi trồng thủy sản, các chất thải từ dân cƣ… ảnh hƣởng mạnh tới khu vực Cát Bà so với khu vực Long Châu.
Bảng 3.7. Sự khác biệt về các thông số môi trƣờng nƣớc ở hai khu vực (Cát Bà, Long Châu) tại thời điểm thu mẫu (5/2012)
Các thông số môi trƣờng % khác nhau giữa Cát Bà và Long Châu ANOVA (giá trị p) Nhiệt độ (°C) 3,79 > 0,05 Độ mặn (‰) 7,62 > 0,05 Chl a (mg/l) 71,43 < 0,05* Độ đục (FTU) 114,29 < 0,05* COD (mg/l) 31,58 < 0,05* BOD5 (mg/l) 22,22 < 0,05* N-NO2- (µg/l) 113,51 < 0,05* N-NO3- (µg/l) 146,96 < 0,05* N-NH4+ (µg/l) 28,01 < 0,05* P-PO43- (µg/l) 48,53 < 0,05* Si- SiO32- (µg/l) 23,30 < 0,05*
Ghi chú: (*) là có sự khác biệt ý nghĩa
Mặt khác, chất dinh dƣỡng đã đƣợc chứng minh là yếu tố quan trọng có tính quyết định tới sự tồn tại và phát triển của vi khuẩn. Tuy nhiên, ảnh hƣởng của điều kiện dinh dƣỡng trong môi trƣờng tới vi khuẩn, vi rút trên san hô vẫn chƣa rõ ràng. Cho đến nay, chƣa có nghiên cứu cứu nào đánh giá tác động của điều kiện dinh dƣỡng trong môi trƣờng tự nhiên (in situ) tới hệ vi sinh vật trên san hô. Do vậy, giả thuyết (vấn đề thứ ba của luận án) đã đƣợc đặt ra: sự khác biệt về điều kiện môi trƣờng giữa hai khu vực nghiên cứu (Cát Bà, Long
Châu) sẽ tác động tới quần xã vi sinh vật trong chất nhầy san hô phân bố ở hai khu vực, làm xáo trộn cấu trúc quần xã, và tạo điều kiện cho các vi khuẩn cơ hội xâm nhập và phát triển, có thể dẫn đến việc hình thành bệnh cho san hơ.
Tuy nhiên, kết quả trong nghiên cứu này cho thấy, tất cả các thông số về các đặc điểm của quần xã vi sinh vật (mật độ vi khuẩn, vi rút tổng số, mật độ vi khuẩn dị dƣỡng và vi khuẩn Vibrio, số lƣợng đơn vị phân loại di truyền, tỉ lệ tế bào vi khuẩn có hoạt động hơ hấp hay khả năng chuyển hóa chất hữu cơ) trong chất nhầy san hơ đều khơng có sự khác biệt thống kê giữa hai khu vực Cát Bà và Long Châu (ANOVA, p > 0,05; Bảng 3.2). Trong khi đó, các đặc điểm kể trên của quần xã vi sinh vật trong mơi trƣờng nƣớc lại có sự khác biệt thống kê giữa hai khu vực Cát Bà và Long Châu (ANOVA, p < 0,05; Bảng 3.2). Mặt khác, theo nghiên cứu của Voss và Richardson (2006) cũng nhƣ Vega-Thurber và cộng sự (2009) cho thấy, mối tƣơng quan giữa vi khuẩn và san hô bị thay đổi ngay khi tăng nồng độ chất hữu cơ đột ngột. Hay trong nghiên cứu của Kline và cộng sự (2006), khi tăng nồng độ chất hữu cơ hòa tan (DOC) thì tốc độ tăng trƣởng của vi khuẩn trong lớp chất nhầy san hô cũng tăng. Nhƣ vậy, tại sao các đặc điểm quần xã vi sinh vật trong lớp chất nhầy đƣợc nghiên cứu lại khơng có sự khác biệt thống kê giữa hai khu vực (Cát Bà và Long Châu). Điều này có thể đƣợc giải thích bởi nghiên cứu của Garren và Azam (2012b), trong đó, với việc sử dụng kính hiển vi ―laser‖ quét tốc độ cao trên san hô sống, các tác giả đã quan sát thấy san hơ (scleractinian) có thể giải phóng lƣợng tế bào vi khuẩn dƣ thừa do sự sinh trƣởng và phát triển mạnh trong thời gian tăng nguồn chất hữu cơ. Nói cách khác, cơ chế này có thể giúp ổn định về mật độ vi khuẩn, vi rút trong san hô (chủ yếu là ở lớp chất nhầy) phân bố ở hai khu vực Cát Bà và Long Châu có điều kiện mơi trƣờng khác nhau về nồng độ các chất hữu cơ. Ngoài ra, quần xã vi khuẩn trên san hô đã đƣợc xác định là cũng có sự thích ứng sinh thái riêng của chúng,
chúng có khả năng thay đổi sinh lý mạnh mẽ và điều chỉnh di truyền nhằm thích ứng với sự thay đổi của môi trƣờng, đảm bảo khả năng ổn định của chúng trên san hô (Bourne và cs, 2011; Reshef và cs, 2006; Rosenberg và cs, 2009). Hơn nữa, chất nhầy san hô là môi trƣờng giàu dinh dƣỡng (Brown BE, 2005; Tremblay và cs, 2011; Wild và cs, 2010) nên vi khuẩn sống trong môi trƣờng này gần nhƣ đã đƣợc đáp ứng đủ nhu cầu về dinh dƣỡng, nên dẫn đến khả năng ít chịu ảnh hƣởng bởi sự khác biệt về nồng độ các chất dinh dƣỡng trong môi trƣờng nƣớc xung quanh.
Mặt khác, trong điều kiện sống khác nhau về nồng độ chất dinh dƣỡng giữa Cát Bà và Long Châu, cơ chế chuyển hóa và sử dụng nguồn dinh dƣỡng của san hơ có thể cũng khác nhau. Nhƣ ta thấy ở các phần trên đây, môi trƣờng ở Long Châu nghèo dinh dƣỡng hơn so với Cát Bà; bởi vậy, rất có thể hệ vi khuẩn trên san hơ ở Long Châu sẽ đóng vai trị quan trọng hơn so với ở Cát Bà trong việc cung cấp dinh dƣỡng cho san hơ. Điều này có khả năng đúng, bởi khả năng chuyển hóa chất hữu cơ của quần xã vi khuẩn trong chất nhầy san hô ở khu vực Long Châu cao hơn hẳn so với ở Cát Bà (Bảng 3.1; Hình 3.8). Kết quả này góp phần cung cấp thêm bằng chứng về vai trò của vi khuẩn đối với sự sống của san hô, đặc biệt là san hô phân bố ở những vùng biển xa và biển sâu nghèo dinh dƣỡng.
Mặc dù vậy, yếu tố dinh dƣỡng vẫn có thể ảnh hƣởng tới sự tiến triển cũng nhƣ mức độ tổn thƣơng của bệnh trên san hô (Bruno và cs, 2003; Fabricius, 2005; Voss và Richardson, 2006). Điều này đã đặt ra câu hỏi, nồng độ và thành phần dinh dƣỡng ở mức độ nào thì có ảnh hƣởng tới sự xuất hiện và tốc độ tiến triển của bệnh trên san hô? Hay sự ảnh hƣởng đồng thời của yếu tố chất dinh dƣỡng và các yếu tố môi trƣờng khác (nhiệt độ, pH, độ mặn…) tới sự hình thành bệnh và tiến triển của bệnh trên san hô nhƣ thế nào? Để trả lời
một cái nhìn sâu hơn về sự biến đổi ở mức phân tử và sinh thái của hệ sinh vật trong holobiont san hô liên quan tới sức khỏe của san hơ.
Nhƣ vậy, có thể thấy rằng, quần xã vi sinh vật (vi khuẩn) trên san hô (trong lớp dịch nhầy) có sự ổn định theo khơng gian địa lý, chúng ít chịu ảnh hƣởng bởi các yếu tố vật lý, hóa học trong mơi trƣờng nƣớc hơn so với quần xã vi sinh vật trong môi trƣờng nƣớc xung quanh. Sự ổn định của cấu trúc hệ vi sinh vật trong holobiont san hơ đóng vai trị quan trọng trong việc đảm bảo sức khỏe cho san hô.