Việc sản sinh khí ồ ạt trong xác cá voi như Timmy, có thể dẫn đến hiện tượng trương phình và đôi khi làm vỡ xác, chủ yếu là do quá trình sinh khí metan . Con đường trao đổi chất kỵ khí này của vi khuẩn cổ sinh khí metan là một trong những bước cuối cùng trong quá trình phân hủy vi sinh vật và chịu trách nhiệm cho phần lớn khí metan (CH4) được tạo ra.
Quá trình sinh khí metan là gì?
Quá trình sinh metan là sự sản sinh khí metan sinh học bởi các vi sinh vật cổ sinh metan – một nhóm vi sinh vật thuộc loại hình sống lâu đời nhất trên Trái đất. Chúng thu được năng lượng bằng cách chuyển hóa các chất nền đơn giản như hydro (H2), carbon dioxide (CO2), acetate, formate hoặc các hợp chất methyl trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt.
Các phản ứng quan trọng nhất là:
- sinh metan nhờ hydro (Đường đi phổ biến nhất trong xác cá voi):
4 H2 + CO2 = CH4 + 2 H2O
Phản ứng này được tạo ra bởi các vi sinh vật cổ như... Vi khuẩn Methanobacterium, Vi khuẩn Methanococcus hoặc Methanosarcina được xúc tác. - sinh metan do axetat phân hủy:
CH3COO- + H+ = CH4 + CO2
Tại đây, axetat được phân tách trực tiếp thành metan và carbon dioxide. - Sinh metan metyl hóa:
Từ metanol, metylamin hoặc dimetyl sunfua.
Những quá trình này diễn ra trong môi trường không có oxy, chẳng hạn như môi trường nhanh chóng hình thành bên trong cơ thể cá voi sau khi nó chết.
Quá trình diễn ra bên trong xác cá voi
Sau khi cá voi chết (ví dụ như cá voi lưng gù "Timmy"), lượng oxy trong mô giảm nhanh chóng. Ban đầu, vi khuẩn lên men (Clostridia, Bacteroides, v.v.) chiếm ưu thế, phân giải protein, chất béo và carbohydrate thành axit hữu cơ, rượu, hydro và carbon dioxide.
Các sản phẩm phân hủy này đóng vai trò là chất nền cho vi khuẩn cổ sinh metan. Đặc biệt là trong mô mỡ và đường ruột, một lượng lớn hydro và axetat được tạo ra, sau đó được vi khuẩn cổ chuyển hóa thành metan.
Lớp mỡ dày đặc ở cá voi lưng gù – chiếm tới 30% trọng lượng cơ thể – tạo nên một nền tảng khổng lồ cho quá trình phân giải lipid. Các axit béo được giải phóng từ quá trình này được vi khuẩn oxy hóa cộng sinh thành acetate và hydro, sau đó được xử lý thành các hợp chất sinh khí metan. Điều này giải thích tại sao các loài cá voi lớn lại bị phình bụng nhiều đến vậy.
Tiến trình thời gian
- Những giờ đầu tiên đến vài ngày đầu tiên: Sự chiếm ưu thế của vi khuẩn lên men, sản sinh khí ban đầu (đặc biệt là CO2 và H2).
- Từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 7Quá trình sinh khí metan trở nên chiếm ưu thế. Sản lượng khí metan tăng mạnh.
- Sau 1-3 tuầnLượng khí tích tụ tối đa. Áp suất có thể đạt đến vài bar.
- Tùy thuộc vào nhiệt độỞ nhiệt độ 10–20 °C (điển hình cho Biển Bắc và Biển Baltic), quá trình này diễn ra chậm hơn so với ở vùng nước ấm hơn.
những nhân tố ảnh hưởng
- Kích thước của cá voiĐộng vật càng lớn thì sinh khối càng nhiều và tốc độ mất nhiệt càng chậm – dẫn đến quá trình sinh khí metan diễn ra lâu hơn và mạnh mẽ hơn.
- Nhiệt độ nướcNhiệt độ cao làm tăng tốc tất cả các tốc độ trao đổi chất.
- Tình trạng sức khỏe trước đâyNhiễm trùng hoặc chấn thương có thể làm tăng sự phát triển của vi khuẩn ngay cả trong suốt cuộc đời của một người.
- Khả năng cung cấp oxyỞ các tầng nước sâu hơn hoặc trong trường hợp bồi lắng nhanh, xác cá sẽ duy trì trạng thái yếm khí trong thời gian dài hơn.
Ý nghĩa sinh thái
Xác cá voi ("Thác cá voi") là những hệ sinh thái quan trọng dưới đáy biển. Quá trình sinh khí metan góp phần hình thành một hệ sinh thái vi sinh vật độc đáo qua nhiều năm, nuôi dưỡng vô số loài chuyên biệt – từ thảm vi khuẩn và trai đến giun.
Tuy nhiên, trên đất liền hoặc ở vùng nước ven biển nông, sự hình thành khí đặt ra một thách thức thực tiễn. Các loại khí sinh ra (đặc biệt là metan và hydro sunfua) không chỉ gây ra hiện tượng trương nở mà còn có thể gây độc hại.
Fazit
Quá trình sinh khí metan là quá trình sinh hóa quan trọng khiến những con cá voi chết như "Timmy" bị trương phình và có thể vỡ bụng. Đây là một thành phần tự nhiên của quá trình phân hủy kỵ khí và là một ví dụ nổi bật về hoạt động trao đổi chất mạnh mẽ của vi sinh vật ngay cả sau khi sinh vật chết.
Đối với các dịch vụ khẩn cấp và công chúng, điều này có nghĩa là: Xác cá voi trương phình luôn phải được xử lý từ khoảng cách an toàn và chỉ bởi nhân viên có chuyên môn. Các quá trình sinh hóa đã được hiểu rõ, nhưng không thể ngăn chặn – chúng là một phần của chu kỳ tự nhiên trong đời sống sinh vật biển.
