Hệ sinh thái thủy nhiệt biển sâu, trần ngọc chinh

HỆ SINH THÁI
ỐNG PHUN THỦY NHIỆT BIỂN SÂU
Báo cáo chuyên đề
Học viên thực hiện
Trần Ngọc Chinh
MSHV
M000605
Sinh học môi trường biển
NỘI DUNG
1. Sự hình thành ống phun thủy nhiệt biển sâu
2. Đặc điểm môi trường
3. Quần xã sinh vật xung quanh ống phun
thủy nhiệt
4. Ý nghĩa - Vai trò của ống phun thủy nhiệt
5. Nghiên cứu – Khai thác – Bảo tồn hệ sinh thái
ống phun thủy nhiệt
Tài liệu tham khảo
Sự hình thành
ống phun thủy nhiệt biển sâu
Nước biển thấm qua và
tuần hoàn trong lớp vỏ
Trái Đất  dòng nước
phun trở lại nóng, giàu
khoáng chất  khoáng
chất kết tủa thành cấu
trúc dạng ống khói.
Ống phun
thủy nhiệt
cao 2 m/năm
cao >12 m.
2 loại ống phun thủy nhiệt

Nhiệt độ: < 150°C.
Dòng thủy nhiệt giàu CH4, H2,
lượng ion kim loại và H2S thấp.
pH 9-10.
Hệ sinh thái: vi khuẩn chiếm ưu
thế, sinh khối động vật thấp.
Nơi hoạt động kiến tạo yếu.
Dòng thủy nhiệt giàu sulfit,
sắt, CO2, H2S, H+. pH 2-5.
Nhiệt độ: 300°- 400°C.
Nơi hoạt động kiến tạo mạnh.
Hệ sinh thái đa dạng.
“White Smoker”
“ Black Smoker”
Ống thủy nhiệt (chấm đỏ) hình thành ở những nơi có hoạt
động kiến tạo của vỏ Trái Đất  hệ thống sống núi giữa
đại dương.
1977, hệ sinh thái ống thủy
nhiệt đầu tiên được phát hiện
tại Galapagos. 86°Tây, 1°Bắc.
.
7/2008. Cum ống thủy nhiệt Loki’ Castle
.73°30′ Bắc, 8° Đông.
12/2000. Vùng thủy nhiệt
tại Lost City. 30° Bắc.
.
2003. Ashadze vùng ống thủy nhiệt
sâu nhất. 12°58′ Bắc 44°51′ Tây.
Hệ sinh thái ống thủy nhiệt
tại Vết nứt Galapagos.

Trên Đới nâng Đông Thái Bình Dương,
độ sâu 2.500m.
Nhiệt độ dòng thủy nhiệt 300 - 400°C.
pH 3.5 - 5. Gồm các “Black Smoker”.
Thành phần loài đa dạng: hải quỳ,
nhện biển, sứa, giun nhiều tơ, giun
ống, hà, ốc, vẹm, trai, cua, tôm, cá và
vi khuẩn.
3 loài ưu thế
Calyptogena magnifjca
Riftia pachyptila và
Bathymodiolus thermophilus
Hệ sinh thái thủy nhiệt tại Lost City
Độ sâu 800m, sống núi giữa Đại Tây Dương.
Dòng thủy nhiệt: 40 - 90°C, pH 9-11, giàu CH4, H2, nghèo kim
loại và H2S. Chỉ có các “White Smoker”.
Sinh vật:
- Hệ vi khuẩn phát triển, vi khuẩn oxy
hóa metan và sulfur chiếm ưu thế.
- Động vật: ốc và amphipod chiếm ưu thế.
Giun nhiều tơ, giun tròn, euphausids,
trùng lỗ, ostracods, giáp xác chân miệng,
bọt biển, sao biển, cá, cua
Sinh khối loài thấp nhưng đa dạng về thành phần loài.
wreckfish
Độ sâu 4080 m, trên sống núi Bắc Đại Tây Dương.
Hệ sinh thái ống thủy nhiệt Ashadze.
Nhiệt độ dòng thủy nhiệt 370°C. pH
3.9. Gồm các “Black Smoker”.
Thành phần loài đa dạng: vi khuẩn,

ốc, giun nhiều tơ, hải quỳ, động vật
chân đốt, sao biển, cá…
Maractis rimicarivora
Phyllochaetopterus polus
Loài ưu thế
Rimicaris exoculata
Mirocaris fortunata
(loài mới)
Hệ sinh thái ống thủy nhiệt
tại cụm ống thủy nhiệt Loki’ Castle
Độ sâu 2.352 m trên sống núi giữa Bắc Băng
Dương.
Cụm 4 “Black Smoker”, cao đến 13m.
Nhiệt độ dòng thủy nhiệt: 310–320°C. pH 5,5.
Hoạt động kiến tạo chậm (tốc độ tách giãn nền
đáy 20 – 55mm/năm).
Những nhóm loài chính: vi khuẩn, amphipod,
giun nhiều tơ, ốc.
Loài ưu thế Sclerolinum contortum
Loài đặc hữu Amphipod Melitid
.
Ốc Pseudosetia griegi
Loài giun nhiều tơ mới
Nicomache (Loxochona) lokii sp.
Đặc điểm môi trường
•
Không có ánh sáng Mặt Trời.
•
Áp suất rất cao, thường >250 atm.
•

Nhiệt độ nước biển ~ 2°C.
•
Môi trường nước giàu khoáng chất và
các ion kim loại và vi khuẩn.
•
pH rất thấp hoặc cao.
Môi trường sống cực kỳ khắc nghiệt
đối với sinh vật
Quần xã sinh vật
xung quanh ống phun thủy nhiệt
Cơ sở dinh dưỡng: Nguồn khoáng chất từ dòng thủy
nhiệt và Quá trình hóa tổng hợp của vi khuẩn.
A (chất vô cơ) + O2 AO2 + Năng lượng (Q)
Vi khuẩn
CO2 + RH2 + Q chất hữu cơ
Vi khuẩn
Mạng lưới thức ăn
của quần xã sinh vật
xung quanh
ống thủy nhiệt
Sự phát triển quần xã sinh vật xung quanh ống phun thủy nhiệt
Động vật ăn xác thối.
Vi
khuẩn
Động vật ăn vi khuẩn kích
thước nhỏ (amphipod,
copepod )
Động vật ăn vi khuẩn/ sống
cộng sinh với vi khuẩn kích
thước lớn

Động vật bắt mồi sống
Vi khuẩn trên nền
đáy…
Vi khuẩn
sống cộng sinh
-
Một hệ sinh thái ống thủy nhiệt đa dạng có thể
hình thành trong một vài năm.
-
Hệ sinh thái ống thủy nhiệt duy trì phụ thuộc
hoạt động của ống thủy nhiệt.
- Nguyên nhân ống thủy nhiệt ngừng hoạt động:
+ Động đất, núi lửa phun
+ Khoáng chất kết tủa bịt miệng phun.
+ Nguồn cung cấp cạn kiệt.
-
Ống thủy nhiệt có thể hoạt động một vài thập kỷ,
một vài năm hay ít hơn.
- Những ống thủy nhiệt là những “ốc đảo“ biển sâu.
- Trên 500 loài mới được phát hiện (2000).
- Các sinh vật sống xung quanh ống thủy nhiệt có
phương thức sống khác thường.
- Các nhóm sinh vật chính: vi khuẩn, chân bụng,
loài hai mảnh vỏ, giun ống, giun nhiều tơ, giáp xác.
-
Hệ sinh vật có tính đặc hữu cao, 80% là loài
đặc hữu.
Sự phân tán sinh vật
giữa các hệ sinh thái ống thuỷ nhiệt.
Bản đồ phân bố quần xã sinh

vật ống thủy nhiệt trên thế giới.
Bathymodiolid
Shallow North
Atlantic
Rimicaris exoculata
Mid-Atlantic Ridge
Ridgea piscesae
Sum và hà
Riftia pachyptila
Hải quỳ và ốc chân vảy
Bathymodiolid
- Tìm thấy tại “Black smoker” ở độ sâu
2500m ngoài khơi bờ biển Mexico, Thái
Bình Dương, năm 2005.
Vi khuẩn Chlorobium bathyomarinum
- Vi khuẩn lưu huỳnh màu lục.
- Quang tự dưỡng, kị khí bắt buộc.
- Sử dụng ánh sáng mờ từ dòng thủy
nhiệt cho quang hợp.
Phylum Chlorobi
Class Chlorobia
Order Chlorobiales
Family Chlorobiaceae
Genus Chlorobium
Species C. bathyomarinum
Chùm lông màu đỏ chứa hemoglobin.
Cộng sinh nội bào với vi khuẩn oxi hóa sulfide.
Phylum Annelida
Class Polychaeta
Order Canalipalpata

Family Siboglinidae
Genus Riftia
Species R.pachyptila
Chemosynthetic Pathways in Riftia
Giun ống Riftia pachyptila
Không có miệng, ruột, hậu môn.
Tăng trưởng nhanh. Có thể dài đến 3m.
Trai trắng Calyptogena magnifica
Có thể dài đến >20cm.
Là loài đặc trưng của các ống thủy
nhiệt ở Thái Bình Dương.
Phylum Mollusca
Class Bivalvia
Order Veneroida
Family Vesicomvidae
Genus Calyptogena
Species C. magnifica
Máu có hemoglobin.
Vi khuẩn oxi hóa sulfide sống cộng
sinh trong mang.
Vẹm Bathymodiolus thermophilius
Dinh dưỡng chủ yếu lấy từ vi khuẩn chuyển
hóa metan và sulfide sống cộng sinh trong
mang.
Phylum Mollusca
Class Bivalvia
Order Mytiloida
Family Mytilidae
Genus Bathymodiolus
Species B. thermophilius

Chiều dài có thể đạt đến 20cm.
Cũng lọc thức ăn từ môi
trường.
Có thể sống khi hoạt động
của ống thủy nhiệt giảm.
Giun Pompei Alvinella pompejana
Chiều dài khoảng 10cm, đường kính <1cm.
Là loài đặc hữu ở vùng Đới nâng Đông
Thái Bình Dương.
Ăn vi khuẩn.
Phylum Annelida
Class Polychaeta
Order Terebellida
Family Alvinellidae
Genus Alvinella
Species A. pompejana
Trên đầu có các mang giống như các xúc tu.
Là sinh vật đa bào thích nghi với môi trường
nhiệt độ cao nhất được phát hiện.
Vi khuẩn sống cộng sinh trên các sợi tơ.
Ốc chân vảy Crysomallon squamiferum
Phát hiện 2001 tại vùng thủy nhiệt Kairei,
sống núi trung tâm Ấn Độ Dương. Độ sâu
2.420m.
Dùng sắt sulfide cho cấu trúc vỏ và vảy
chân.
Cấu trúc vỏ:
- Lớp ngoài bằng sắt sulfide, chứa
Fe3S4 (~30 μm).
- Lớp vỏ giữa là hữu cơ (~150μm)

- Lớp trong cùng bằng aragonit.
Phylum Mollusca
Class Gastropoda
Order nhánh Neomphalina
Family Neomphaloidae
Genus Crysomallon
Species C. squamiferum
Juvenile dài ~ 2mm.
Cua Yeti - Kiwa hirsuta
Là họ, giống, loài mới.
Các sợi lông tác dụng như anten và
là nơi cua “nuôi” vi khuẩn.
Ăn vẹm, vi khuẩn.
Phát hiện 3/2005 tại mảng kiến tạo
Easter phía đông nam Thái Bình Dương.
Độ sâu 2200m.
Dài ~ 15cm. Mắt mù.
Phylum Arthropoda
Class Malacostraca
Order Decapoda
Family Kiwaidae
Genus Kiwa
Species K. hirsuta
Phylum Chordata
Class Actinopterygii
Order Perciformes
Family Zoarcidae
Genus Thermarces
Species T. cerberus
Cá Thermarces cerberus

Ăn chủ yếu là ốc Lepetodrilus elevatus
và amphipod Ventiella sulfuris.
Sống gần các ống thủy nhiệt vùng Đới
nâng Đông Thái Bình Dương.
Chiều dài trung bình ~300mm.
Độ sâu 2.500m, nhiệt độ 8–12°C.
Bythograea thermydron
Tevnia jerichonana
Vulcanoctopus
hydrothermalis
Lepetodrilus and Eulepetopsis
Ventiella sulfuris
Hesiolyra
Munidopsis
Hydrothermal vent
scaleworm
Stauromedusae
Brittle stars, worms và
limpets carpet
Ý nghĩa - Vai trò
Đối với sinh vật và môi trường biển:
- Duy trì đa dạng sinh học biển sâu.
- Là môi trường sống cho các sinh vật biển sâu.
- Cung cấp khoáng chất cho đại dương.
Đối với con người:
- Thay đổi suy nghĩ của con người về biển sâu và sự sống
trên Trái Đất.
- Cơ sở cho các thuyết về sinh vật và sinh học khí quyển mới.
- Nguồn tài nguyên khoáng sản mới.
- Enzyme của một số loài vi khuẩn được sử dụng trong công

nghệ sinh học, hóa học, y học…