Hành trình Bắc Cực và công nghệ AI: Hé lộ mạng lưới nấm ngầm giữ vai trò sống còn

Vào một ngày tháng 6 năm 2025, một chiếc xe SUV trắng đã lăn bánh trên đường cao tốc phía Bắc nhất của Bắc Mỹ. Chở theo đầy đủ thiết bị định dạng GPS độ chính xác cao và các ống thép để lấy mẫu đất, nhà sinh học học Michael Van Nuland và đội ngũ của mình không tìm kiếm vàng hay dầu mỏ, mà đang săn lùng những "kho báu" vô hình dưới lớp đất đóng băng vĩnh cửu (permafrost).

Họ là thành viên của tổ chức phi lợi nhuận SPUN (Society for the Protection of Underground Networks), những người đang sử dụng công nghệ tiên tiến để giải mã bí ẩn của mạng lưới nấm mycorrhizal — một hệ thống ngầm khổng lồ kết nối rễ cây và kiểm soát dòng chảy dinh dưỡng của cả một hệ sinh thái.

Nhà sinh học học lấy mẫu đất ở phía Bắc Alaska

Mạng lưới "Internet" của thiên nhiên

Đối với người thường, đây chỉ là đất bẩn. Nhưng với các nhà khoa học, đây là một hệ thống sống, thở và cực kỳ phức tạp. Nấm mycorrhizal là những vi sinh vật sống trong đất với các sợi nấm (hyphae) mỏng như sợi tóc, vươn hàng chục feet theo mọi hướng. Chúng kết nối với rễ cây, trao đổi nitơ và phốt pho khó kiếm lấy để lấy carbon từ cây quang hợp.

Trong quá khứ, nấm bị coi là ký sinh trùng. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây sử dụng robot và kỹ thuật hình ảnh tiên tiến đã chứng minh chúng là những "thương nhân" tích cực, kiểm soát vận mệnh của chính mình và cả thực vật.

"Người ta có thể nghĩ nấm đang canh tác cây trồng trên mặt đất," Toby Kiers, nhà sinh vật học tiến hóa và giám đốc khoa học của SPUN, chia sẻ. Nấm không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn cấu trúc lại đất để hỗ trợ sự sống.

Sợi nấm mycorrhizal mọc dày đặc trên rễ cây

Ứng dụng Học Máy để tìm kiếm "điểm nóng"

Thách thức lớn nhất là chúng ta biết rất ít về đa dạng sinh học toàn cầu của nấm. Ước tính có từ 20.000 đến 50.000 loài nấm mycorrhizal, nhưng việc tìm ra chúng ở đâu là một bài toán hóc búa.

Để giải quyết vấn đề này, Van Nuland và các đồng nghiệp đã công bố một mô hình trên tạp chí Nature vào năm 2025. Họ sử dụng học máy (machine learning) để xử lý dữ liệu từ 25.000 mẫu đất thu thập khắp thế giới, tạo ra hơn 2,8 tỷ trình tự DNA nấm. Từ dữ liệu này, thuật toán dự đoán các vị trí của các "điểm nóng" mycorrhizal — những nơi có sự đa dạng và sự khan hiếm loài cao.

Mô hình này đã chỉ dẫn đội ngũ đến vùng lãnh nguyên Bắc Cực của Alaska. Theo phân tích, khu vực nằm giữa các mỏ dầu Prudhoe Bay và Khu bảo tồn hoang dã Bắc Cực là một điểm nóng tiềm năng.

Bản đồ dự đoán các điểm nóng nấm mycorrhizal bằng thuật toán

Vũ khí khí hậu và cuộc đua với thời gian

Việc tìm hiểu các mạng lưới nấm không chỉ là tò mò khoa học, mà còn là vấn đề sống còn đối với biến đổi khí hậu. Mỗi năm, các mạng lưới nấm này lưu trữ lượng carbon tương đương hơn một phần ba tổng lượng khí thải toàn cầu. Đặc biệt, lớp đất đóng băng vĩnh cửu ở Bắc Cực đang giữ khoảng 1 nghìn tỷ tấn carbon — gấp 10 lần lượng carbon trong toàn bộ rừng mưa Amazon.

Tuy nhiên, biến đổi khí hậu đang làm tan chảy permafrost, đe dọa giải phóng lượng carbon khổng lồ này. Các cộng đồng nấm sẽ phản ứng như thế nào trước nhiệt độ tăng và cháy rừng là câu hỏi còn bỏ ngỏ. Một số loài nấm có thể là "người giữ carbon" hiệu quả, trong khi những loài khác lại giải phóng carbon vào khí quyển.

"Chúng ta thực sự đã lơ là việc lập bản đồ, giám sát và bảo vệ các hệ thống nấm," Kiers nói. "Và giờ mọi thứ đang thay đổi."

Kết quả từ chuyến thám hiểm

Sau bốn ngày băng qua đường cao tốc Dalton, đội ngũ đã hoàn thành mục tiêu lấy mẫu tại 60 địa điểm với tổng cộng 540 lõi đất. Kết quả phân tích sơ bộ vào tháng 11 năm 2025 đã cho thấy sự kỳ diệu của công nghệ dự đoán: trung bình mỗi địa điểm chứa khoảng 75 loài nấm ectomycorrhizal khác nhau.

Trong số 354 loài được ghi nhận, có tới 253 loài hoàn toàn chưa từng được biết đến khoa học. Khoảng ba phần tư các loài phát hiện dường như là đặc hữu của khu vực này — nghĩa là chúng chỉ tồn tại ở đây và không nơi nào khác. Điều này khẳng định vai trò của các mô hình học máy trong việc định hướng nghiên cứu sinh học, giúp tiết kiệm thời gian và nguồn lực để tập trung vào những khu vực quan trọng nhất.

Việc bảo vệ các mạng lưới ngầm này có thể là chìa khóa để ổn định khí hậu trong tương lai. Khi công nghệ AI giúp chúng ta "nhìn thấy" rõ hơn những gì diễn ra dưới lòng đất, cơ hội bảo vệ hành tinh của chúng ta cũng tăng lên theo.