Bí ẩn về khả năng bất diệt của sinh vật có từ 500 triệu năm trước

Theo BBC, khi ra ngoài không gian mà không mặc đồ bảo hộ, con người sẽ bị tràn khí màng phổi vì thiếu áp lực không khí. Sau đó, cơ thể người sẽ phình ra, màng nhĩ và mao mạch vỡ tung, máu sẽ sôi lên sùng sục, và chết sau 15 giây vì các tia bức xạ trong vũ trụ.

Tardigrade có 8 chân, mặt béo phị nhiều nếp gấp, miệng đầy răng sắc nhọn. Ảnh: BBC

Tuy nhiên, có một nhánh động vật bất diệt, vẫn tồn tại được trong môi trường ngoài không gian gọi là tardigrade, hay gấu nước. Năm 2007, hàng nghìn con tardigrade được gắn lên vệ tinh bay vào không gian. Sau khi trở về Trái Đất, các nhà khoa học phát hiện, chúng vẫn sống sót. Thậm chí, những con cái còn đẻ trứng ngoài không gian, cho ra một lứa gấu nước mới khỏe mạnh.

Không chỉ tồn tại được ngoài không gian, gấu nước còn sống sót ở một số nơi khắc nghiệt nhất Trái Đất. Các nhà khoa học tìm thấy chúng ở độ cao hơn 5.500 m trên dãy Himalaya, hay trong các suối khoáng nóng ở Nhật, hoặc dưới đáy đại dương và Nam Cực. Chúng có thể chịu được bức xạ cường độ cao, sống sót cho dù bị đun nóng đến 150 độ C, hoặc đóng băng ở 0 độ C.

Tardigrade có vẻ ngoài đáng sợ. Chúng có gương mặt béo phị với nhiều nếp gấp, 8 chân có móng vuốt như gấu, còn miệng thì đầy răng sắc nhọn. Tuy nhiên, loài vật này không thể quan sát bằng mắt thường. Dưới kính hiển vi, chúng dài khoảng 1 mm.

Đến nay, các nhà khoa học đã nhận diện được khoảng 900 loài tardigrade. Thức ăn của chúng rất đa dạng, từ rong rêu, tảo biển, cho đến thịt động vật khác, thậm chí là thịt đồng loại.

Chúng là một trong những sinh vật cổ xưa nhất Trái Đất. Người ta tìm thấy hóa thạch của chúng từ kỷ Cambri hơn 500 triệu năm trước, khi loài động vật phức tạp đầu tiên mới phát triển.

Mục sư người Đức Goeze phát hiện chúng lần đầu năm 1773. Ba năm sau, giáo sĩ kiêm nhà khoa học Italy Spallanzani khám phá ra sức mạnh siêu phàm của chúng. Ông lấy bùn đất soi dưới kính hiển vi, thêm nước vào, phát hiện hàng trăm sinh vật bề ngoài giống con gấu đang bơi lội tung tăng. Ông đặt tên chúng là "il Tardigrado" (bước chậm), vì chúng di chuyển rất chậm chạp.

Thực ra, nhà khoa học Hà Lan Leeuwenhoek năm 1702 từng báo cáo với Hiệp hội Hoàng gia London về "những sinh vật tồn tại trong trầm tích trên máng xối mái nhà". Ông lấy bụi trầm tích khô và đổ thêm nước vào, soi dưới kính hiển vi, phát hiện trong vòng một giờ, nhiều "sinh vật nhỏ" bắt đầu hoạt động trở lại, bơi và bò xung quanh.

Gấu nước rụt đầu và chân lại, tạo thành cái kén để ngủ đông, sống sót qua môi trường thiếu nước. Ảnh: Eye of Science 

Năm 1948, nhà động vật học người Italy Tina Franceschi cho biết, tìm thấy tardigrade từ mẫu rêu khô hơn 120 tuổi trong bảo tàng. Sau khi đổ nước vào, con vật bắt đầu ngọ nguậy chân trước. Năm 1995, người ta cũng thử làm sống lại những con gấu nước khô 8 năm trước.

Sống không cần nước

Đối với đa số các loài động vật, đặc biệt là con người, không thể sống thiếu nước. Tuy nhiên, bằng cách nào đó, tardigrade vẫn sống được mà không cần nước.

"Gấu nước có thể sống khô, chắc chắn, chúng có cách gì đó để ngăn ngừa hoặc chữa lành những tế bào bị tổn thương do thiếu nước," Boobthby, nhà nghiên cứu vi khuẩn chịu cực hạn (extremophile), đại học Bắc Carolina, Mỹ nói. Ở các loài động vật thông thường, tế bào sẽ khô lại và vỡ vụn vì thiếu nước.

Năm 1922, nhà khoa học Đức H.Baumann phát hiện, gấu nước tồn tại trong môi trường thiếu nước bằng cách rụt đầu và 8 chân lại, như một cái kén. Sau đó, cơ thể nó chuyển sang ngủ sâu, dừng mọi hoạt động, gần giống với trạng thái lúc chết. Nó hạ thấp trao đổi chất xuống mức 0,01% so với bình thường, và tồn tại trong nhiều thập kỷ, hoạt động trở lại khi tiếp xúc với nước.

Ngoài ra, ở loài gấu nước còn có khả năng chống oxy hóa thú vị. Tồn tại lâu trong trạng thái khô, DNA của tardigrade sẽ bị hư hỏng, Tuy nhiên, khi tỉnh dậy, nó có thể sửa chữa lại DNA.

Sống sót trong mọi nhiệt độ

Năm 1842, nhà khoa học Pháp Doyère thử đun nóng một con gấu nước ở 125 độ C trong vài phút. Kết quả, nó vẫn sống sót. Năm 1920, tu sĩ Đức Rahm đun nóng chúng ở 151 độ C trong 15 phút, gấu nước sống lại khi tiếp xúc với nước.

Rahm cũng thử ngâm chúng trong không khí lỏng -200 độ C trong 21 tháng, và trong nitơ lỏng ở -253 độ C trong 26 giờ, trong helium lỏng ở -272 độ C trong 8 giờ. Kết quả, chúng sống lại ngay khi tiếp xúc với nước.

Các nhà khoa học cũng thử nghiệm khả năng sinh tồn của chúng trong điều kiện tự nhiên. Họ đưa chúng đến Nam Cực năm 1983, ở khu vực -89,2 độ C (nhiệt độ thấp nhất từng được ghi nhận trên Trái Đất). Ngoài tự nhiên, nhiệt độ lạnh không ổn định, môi trường cũng khắc nghiệt hơn so với phòng thí nghiệm.

Một số loài cá tạo ra các protein chống đông đá, có tác dụng hạ điểm đông của tế bào, đảm bảo tế bào không bị đóng băng. Tuy nhiên, tardigrade không có các protein này.

Chúng sản xuất ra một chất hóa học đặc biệt, khiến tinh thể băng hình thành bên ngoài tế bào chứ không phải bên trong, bảo vệ các phân tử quan trọng.

Tuy nhiên, các nhà khoa học vẫn chưa tìm hiểu được, tại sao chúng lại sống sót trong nhiệt độ cao. Năm 1964, họ cho chiếu tia X liều gây chết người lên tardigrade. Chúng vẫn sống sót. Nhiều thí nghiệm sau cho thấy, chúng có thể đối phó với cả tia alpha, gamma và cực tím quá liều trong trạng thái bình thường.

Gấu nước là loài sinh vật bất diệt. Ảnh: The Science 

Ngoài ra, các nhà khoa học Nhật Bản phát hiện, chúng có thể tồn tại trong áp suất 600 MPa ở điều kiện ngủ đông. Trong tự nhiên, không loài vật nào tồn tại được trong áp lực này.

Họ đưa gấu nước xuống dưới đáy biển Thái Bình Dương, ở độ sâu gần 11.000 m, áp lực nước là 100 MPa, chúng vẫn sống sót. Dưới áp lực đó, protein và ADN phân tách. Màng tế bào cấu tạo từ chất béo trở nên rắn như bơ để tủ lạnh. Hầu hết các vi sinh vật ngừng chuyển hóa ở 30 MPa, và vi khuẩn không thể chịu được áp lực quá 300 MPa.

Cái giá phải trả

Đi vào trạng thái ngủ đông là quyết định mạo hiểm, chuyên gia Bobbthby nói. "Đó có thể là lý do nhiều loài động thực vật không tiến hóa những năng lực của gấu nước."

"Chúng không cần đến những năng lực đó. Chúng hoặc là không sống trong môi trường khô hạn, hoặc có những cách dự trữ nước riêng, như lạc đà giữ nước ở bướu lưng chẳng hạn."

"Khi một con gấu nước sống khô, nó ngừng trao đổi chất, đi vào trạng thái ngủ sâu, và không thể chủ động tránh nguy hiểm trong môi trường xung quanh," Bobby nói.

Gấu nước đã tiến hóa để thích nghi với môi trường khắc nghiệt nhất, thậm chí không tồn tại trên Trái Đất. Nó có thể không chết khát, nhưng sẽ bị ăn thịt, làm thức ăn cho vi khuẩn và nấm.