Giải mã sinh vật sống sót qua bất kỳ sự kiện tận thế nào của Trái đất trừ khi Mặt trời 'chết'

Bọ gấu nước có thể trải qua được những điều kiện khắc nghiệt nào?

Nghiên cứu mới của các chuyên gia tại Trường ĐH Oxford (Anh) chỉ ra rằng loài vật siêu nhỏ này có thể tồn tại trong 10 tỉ năm, sống sót cả khi Trái đất va chạm với thiên thạch hoặc chịu tác động của một vụ nổ ngôi sao ở gần. Ngoài ra, sinh vật 8 chân chỉ dài 0,5 cm này còn có thể chịu được nhiệt độ lên đến 150 độ C cũng như mức phóng xạ sử dụng trong hóa trị. Cũng theo các nhà khoa học, bọ gấu nước có thể sống đến 30 năm mà không cần ăn uống gì. 

Bà Rafael Alves Batista, chuyên gia tại Trường ĐH Oxford, lý giải với tờ Daily Mail: "Mục tiêu nghiên cứu là những gì cần để hủy diệt mọi sự sống trên Trái đất, không chỉ con người. Để làm được điều đó, chúng tôi chọn sinh vật sống dai nhất từng biết đến - loài bọ gấu nước - để nghiên cứu. Nói cách khác, chúng tôi cần phải tìm ra cách tiêu diệt sinh vật này. Tuy nhiên, những kịch bản như thảm họa thiên thạch, nổ ngôi sao... dù có thể gây chết chóc cho con người nhưng lại không làm sinh vật bé nhỏ này hề hấn gì”.

"Nếu không có sự bảo vệ của công nghệ, con người là một loài rất nhạy cảm. Những thay đổi nhỏ trong môi trường cũng tác động mạnh mẽ đến con người trong khi rất nhiều loài có thể tồn tại lâu dài hơn nhiều. Cuộc sống trên Trái đất có thể tiếp diễn trong thời gian dài sau khi nhân loại diệt vong" - bà Batista nhận định.

Các nhà nghiên cứu kết luận bọ gấu nước, với những đặc điểm sinh học độc nhất, sẽ chỉ diệt vong khi Mặt trời chết đi. Một kịch bản khác là mọi đại dương trên toàn thế giới bị đun sôi trong một sự kiện gây ra tận thế.

Ở trạng thái khô, chúng có thể ngủ đông trong nhiều năm, chịu được nhiệt độ đóng băng, bức xạ và thậm chí vẫn sống sót khi bị ném vào không gian.

Nhưng điều đáng ngạc nhiên hơn cả là bọ gấu nước đã từng tồn tại rất lâu trên hành tinh. Mẫu hoá thạch lâu đời nhất được ghi nhận cách nay hơn 500 triệu năm, tương ứng với kỷ Cambria (trước cả thời khủng long). Đấy là giai đoạn mà những động vật có cấu trúc cơ thể phức tạp đầu tiên ra đời. Và bọ gấu nước là một điển hình cực kỳ thú vị.

Tuổi đời lâu là thế nhưng khả năng của bọ gấu nước khiến bất kỳ sinh vật nào cũng phải kinh ngạc. Năm 1948, nhà động vật học người Ý Tina Franceschi khẳng định rằng những con bọ được tìm thấy từ những mẫu rong rêu có trong viện bảo tàng vốn đã bị héo úa suốt 120 năm vẫn có thể "sống lại". Sau khi cho thêm nước vào một con bọ, cô nhận thấy chân của nó cử động trở lại.

Tuy vậy phát hiện của Franceschi tương đối khó thuyết phục cộng đồng khoa học. Đơn giản vì không ai có thể lặp lại được thí nghiệm trên - phơi khô các mẫu bọ rồi... chờ 120 năm để quan sát chúng trở lại. Thêm vào đó không có nhiều chỉ dấu cho thấy những con bọ trên đã tồn tại cùng lúc với mẫu rêu có ở bảo tàng.

Song chúng ta vẫn có thể thực hiện lại điều trên ở quy mô ngắn hơn. Năm 1995, sau 8 năm bất động vì bị khô hoá, những con bọ gấu nước đã "sống lại" trước mắt các nhà khoa học.

Có thể sống sót trong điều kiện không có nước đã là rất khó khăn với mọi loài sinh vật. Nhưng bọ gấu nước dường như còn không "quan tâm" đến nhiệt độ môi trường...

Năm 1842, nhà khoa học người Pháp Doyère cho thấy ở trạng thái "đơ" (tun), bọ gấu nước vẫn sống sót được ở 125 °C. Đến 1920, một thầy tu dòng Benedict Gilbert Franz Rahm trả chúng về với sự sống sau khi gia nhiệt tới 151 °C trong vòng 15 phút. Sau đấy, Rahm tiếp tục tra tấn đám bọ bằng cách ngâm chúng trong không khí hoá lỏng ở -200 °C suốt 21 tháng, trong nitrogen lỏng ở -253 °C suốt 25 giờ, trong helium lỏng ở -272 °C suốt 8 giờ. Sau các màn "cực hình" như thế, bọ gấu nước vẫn cựa quậy khi được tiếp xúc với nước lỏng thông thường.

Cho đến hôm nay, các nhà khoa học xác nhận loài bọ này có thể chịu lạnh được tới -272,8 °C, tức gần như tới độ không tuyệt đối. Đấy là ngưỡng nhiệt độ mà các nguyên tử gần như đứng yên tại chỗ vì không còn chút nhiệt động học phân tử nào. Cho dễ hình dung, nơi có nhiệt độ tự nhiên thấp nhất trên Trái đất từng được ghi nhận là giữa Nam Cực, -89,2 °C vào 1983. Loài bọ gấu nước dường như đã đẩy mọi giới hạn đi quá xa mức cần thiết.

Một giới hạn khác của bọ gấu nước khiến các nhà khoa học kinh ngạc không kém là áp suất chống chịu. Một nghiên cứu do Kunihiro Seki và Masato Toyoshima thuộc ĐH Kanagawa (Nhật) công bố hồi 1998 cho thấy sinh vật này có thể chịu được áp suất lên tới 600 MPa ở trạng thái "đơ". Con số này là "quá đáng" vì nơi sâu nhất trên Trái đất - đáy vực Mariana Trench ở Thái Bình Dương, sâu 11 km - có áp suất nước cũng chỉ ở ngưỡng 100 MPa. Tức bọ gấu nước chịu sức ép tới gấp 6 lần nơi sâu nhất tinh cầu này.

Dường như chỉ có duy nhất một thứ có thể giết được bọ gấu nước. Đó là các tia xạ. Song không phải tia xạ nào cũng làm được điều đó. 1964, các nhà khoa học đã thử chiếu tia X có cường độ chết người lên loài bọ này, nhưng chúng vẫn sống sót. Vài thí nghiệm sau này đã thử cả với tia alpha, gamma cũng như tử ngoại (UV) và chúng vẫn... ngoe nguẩy, kể cả khi không ở trạng thái "đơ"!

Lần gần đây nhất là thí nghiệm hồi 2007 (đã nêu ở đầu bài). Nhiều con đã chết khi bị phơi nhiễm trước cường độ bức xạ cực cao. Nhưng bằng cách nào đó, một số vẫn sống và thậm chí còn đẻ trứng.

Khi các tế bào bị phơi nhiễm trước lượng xạ cực cao, DNA trong nhân tế bào bị "đánh phá" và chúng không còn nguyên vẹn. Tế bào không tổng hợp được dưỡng chất cần thiết nữa nên chúng sẽ chết dần theo thời gian. Và đây có lẽ là cách duy nhất để giết bọ gấu nước, dù không có gì đảm bảo 100% thành công.

Vén màn bí ẩn tại sao bọ gấu nước lại "trường sinh bất tử" như thế?

Theo các nhà nghiên cứu, hiện chỉ có hơn một chục tiểu hành tinh và hành tinh lùn có đủ khả năng làm vậy khi phát nổ gần Trái đất - như sao Diêm vương - nhưng sẽ không có chuyện như thế xảy ra. "Bọ gấu nước gần như không thể bị tiêu diệt trên Trái đất nhưng có thể vẫn còn những loài khác sống dai như thế ở các nơi khác trong vũ trụ. Chúng ta vẫn phải tiếp tục tìm kiếm" - bà Batista cho biết.

Việc phân tích bộ gien đặc biệt của bọ gấu nước giúp làm sáng tỏ dần bí ẩn khó chết của chúng trong những điều kiện khắc nghiệt nhất. Một nhóm nghiên cứu - do 2 chuyên gia Mark Blaxter ở Trường ĐH Edinburgh (Anh) và Kazuharu Arakawa ở Trường ĐH Keio (Nhật Bản) dẫn đầu - đã có những phát hiện thú vị về khả năng sống thiếu nước khi tìm hiểu gien của 2 loài bọ gấu nước (Hypsibius dujardini và Ramazzottius varieornatus) trong công trình mới nhất được đăng tải trên tạp chí Plos Biology (Mỹ).

Trước hết, họ phát hiện 2 loài trên tạo ra những protein đặc biệt có tính hòa tan cao, giúp duy trì hình dạng phần bên trong tế bào ngay cả khi thiếu nước, từ đó tránh được nguy cơ bị tổn thương. "Trong khi H. dujardini cần nhận được cảnh báo (về nguy cơ thiếu nước) trước 24 giờ để tạo ra những protein này thì R. varieornatus sẵn sàng mọi lúc" - ông Blaxter giải thích.

Sự khác biệt này liên quan đến tốc độ khô của chúng. R. varieornatus thường được tìm thấy ở những đám rêu trên đường bê tông và có thể khô trong vòng 30 phút, còn H. dujardini sống trong ao hồ và mất 24-48 giờ để khô. Nghiên cứu chỉ ra rằng 2 loài có bộ gien gần như giống hệt nhau.

"Bọ gấu nước có thể cho chúng ta biết về cách xử lý một số vấn đề sinh học cơ bản, như biện pháp bảo tồn cấu trúc tế bào, trong đó có ADN, mà không cần sự hiện diện của nước. Chúng ta có thể học hỏi nhiều điều từ loài sinh vật này và có nhiều ứng dụng tiềm năng cho y học cũng như công nghệ sinh học" - ông Ingemar Jonsson, chuyên gia tại Trường ĐH Kristianstad (Thụy Điển), đánh giá.

Hai nhà nghiên cứu Blaxter và Arakawa đồng ý rằng việc giải mã bí ẩn về khả năng sinh tồn không cần nước của bọ gấu nước rất có giá trị, như gợi ý những phương pháp mới để bảo quản và vận chuyển vắc-xin. Hiện nay, một số loại vắc-xin cần được bảo quản ở nhiệt độ thấp, đông lạnh bằng nitơ lỏng. Với công nghệ dựa trên bộ gien của bọ gấu nước, vắc-xin có thể được làm khô và lưu trữ ở nhiệt độ phòng.

Công trình nghiên cứu nêu trên cũng có thể giúp xác định chính xác nguồn gốc của bọ gấu nước. "Chúng có 8 chiếc chân nhỏ lùn mập, hệ thần kinh và não giống như động vật chân đốt nhưng hệ thống ruột lại trông như một loại giun tròn" - ông Blaxter cho hay. Kết quả nghiên cứu chỉ ra bọ gấu nước có quan hệ gần với giun tròn hơn dù vẻ ngoài của chúng trông giống loài chân đốt.

Các nhà nghiên cứu tập trung vào gien Hox của bọ gấu nước và một số họ hàng động vật không xương sống của chúng. Nhóm gien Hox chịu trách nhiệm về vị trí và khả năng duỗi thẳng các chi ở cơ thể động vật. Bọ gấu nước thiếu mất 5 gien Hox, tương tự giun tròn.

Bọ gấu nước có hình hài ra sao?

Bọ gấu nước được phát hiện lần đầu vào 1702 bởi nhà khoa học người Hà Lan Anton van Leeuwenhoek. Trong bức thư gửi tới Hiệp hội Hoàng gia (Anh) tại London, ông viết: "Đã tìm thấy những vi động vật sống trong bùn có trên máng xối của nóc nhà" (On certain animalcules found in the sediment in gutters on the roofs of houses).

Theo mô tả, ông đã lấy những mẫu bụi khô tưởng như không có sự sống, nằm trên máng xối và bổ sung nước vào đấy. Sử dụng một kính hiển vi tự chế, Leeuwenhoek phát hiện sau khoảng một giờ, nhiều "vi động vật" bắt đầu cựa quậy, bò và bơi chung quanh trong đĩa thí nghiệm. Tuy vậy, loài vật này chưa được đặt tên.

Hơn 7 thập kỷ sau, một tu sĩ kiêm nhà khoa học người Ý Lazzaro Spallanzani phát hiện "siêu năng lực" bên trong sinh vật này. Dùng chung phương pháp như Leeuwenhoek, Spallanzani cũng nhìn thấy những sinh vật li ti bò và bơi sau khi được thêm nước vào. Ông gọi chúng là "il Tardigrado", có nghĩa "bò rất chậm" vì những sinh vật này di chuyển không nhanh.

Trên kính hiển vi, bọ gấu nước có thân béo tròn, di chuyển bằng 8 chân khá to và khoẻ. Vì hình dạng này mà chúng được liên tưởng tới loài gấu với thân hình tương tự. Bọ gấu nước không có mắt nhưng bù lại, đầu của nó có một cái miệng rất to và khoẻ, với các mấu sắc cạnh như răng thú để cắn xé thức ăn.

Song chúng ta không phải lo lắng vì bọ gấu nước rất bé, chiều dài không bao giờ quá 1 mm và chỉ nhìn rõ dưới kính hiển vi. Thực tế bọ gấu nước là một nhóm loài với 900 loài riêng biệt được nhận diện. Đa số chúng là loài "ăn chay" bằng cách hút dịch của rêu, tảo và địa y để sống. Chỉ một số ít "ăn mặn" và một vài loài có ăn thịt cả chính đồng loại của mình!

An Dương (T/h)