Vì sao sinh vật "bất tử" có thể sống hàng thập kỷ mà không cần uống nước?

Nước là thành phần quan trọng đối với tất cả sự sống ở trên Trái Đất. Thế nhưng những sinh vật có sức mạnh gần giống "bất tử" như gấu nước (tên khoa học là tardigrade) thì bằng cách nào mà chúng có thể sống sót trong môi trường không có nước trong nhiều năm?

Theo các nhà khoa học, nhiều trong số 1.300 loài gấu nước đã được biết đến là chịu được những điều kiện gây tử vong cho tất cả các dạng sống khác, chẳng hạn như bị bỏ đói, đun sôi, đông lạnh, tiếp xúc bức xạ hoặc thậm chí là bắn từ nòng súng.

Nhà sinh vật học Takekazu Kunieda tại ĐH Tokyo (Nhật Bản) cho biết: "Mặc dù nước rất cần thiết cho mọi sự sống mà chúng ta biết. Nhưng một số loài gấu nước có thể sống mà không cần nước trong nhiều thập kỷ".

Theo ông Takekazu Kunieda, nhà sinh vật học Akihiro Tanaka và các đồng nghiệp tại ĐH Tokyo giải thích rằng, gấu nước đặc biệt ổn định sau khi khử nước và thậm chí còn chịu được môi trường chân không vũ trụ mà vẫn có thể tự hồi sinh.

Các chuyên gia cho rằng, khi mất nước, một số loại protein phải giúp tế bào duy trì sức mạnh thể chất, độ bền để tránh sự tự sụp đổ. Do đó, nhóm nghiên cứu đã tiến hành xem xét một họ gấu nước nổi tiếng với khả năng khử nước được gọi là eutardigrade. Nghiên cứu nhằm tìm ra protein có thể giải thích về đặc tính của sinh vật này và phát hiện 336 protein tiềm năng.

Ông Takekazu Kunieda chia sẻ, sau khi thử nghiệm một số loại khác nhau, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng protein có chứa nhiều bào tương hòa tan do nhiệt (CAHS) chỉ có ở loài gấu nước. Loại protein này có nhiệm vụ bảo vệ tế bào của chúng chống lại sự mất nước.

Bằng cách sử dụng các thí nghiệm ở tế bào người và côn trùng, các nhà nghiên cứu có thể chứng minh protein CAHS làm tăng độ cứng của tế bào, đồng thời giúp cố định tế bào chống lại tình trạng co rút do áp lực từ mất nước. Thậm chí loại protein này còn bảo vệ các tế bào khỏi áp lực vì quá nhiều nước gây ra.

Việc tìm hiểu xem protein CAHS hoạt động như thế nào ở trong tế bào người và côn trùng đã đưa ra một số thách thức thú vị.

Nhà sinh vật học Tanaka cho biết: "Phương pháp thông thường yêu cầu dung môi có chứa nước. Vì vậy, chúng tôi đã chuyển sang giải pháp là dung môi dựa trên methanol để giải quyết vấn đề này".

Giải pháp này cho phép các chuyên gia nhìn thấy protein CAHS đang hoạt động trong các tế bào được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm.

Protein CAHS dường như hoạt động như cấu trúc khung đỡ, tương tự như bộ xương tế bào, nhưng chỉ khi các tế bào đối mặt với áp lực mất nước. Cụ thể, trong các tế bào mất nước, protein CAHS sẽ liên kết với nhau để tạo thành mạng nhện gồm các sợi đỡ.

Cấu trúc đặc biệt này giúp bảo vệ tế bào khỏi bị biến dạng hoàn toàn do áp lực thiếu nước, và có thể góp phần vào tính ổn định đáng kinh ngạc của dạng kén mà loài gấu nước tạo ra khi chúng gặp môi trường thiếu nước.

Quá trình này được gọi là anhydrobiosis có thể bị đảo ngược, cho phép gấu nước có thể hồi sinh trở lại khi gặp nước.

Nhà sinh vật học Kynieda nhận định, mọi thứ về gấu nước đều hấp dẫn. Phạm vi môi trường khắc nghiệt mà một số loài có thể tồn tại khiến chúng ta phải khám phá về những cơ chế và cấu trúc chưa từng thấy trước đây.

Những protein độc đáo khác mà các chuyên gia nghiên cứu trên đã phân tách có thể nắm giữ nhiều manh mối hơn về những khả năng ấn tượng và bất ngờ của gấu nước.

Nghiên cứu đặc biệt về gấu nước được công bố trên tạp chí PLOS Biology.

Ngay cả khi bị bắn từ súng, gấu nước vẫn sống

Những con gấu nước đáng yêu, nổi tiếng là có mạnh mẽ khi chúng có thể thậm chí có thể sống sót ngay cả trong môi trường chân không hay ngoài Trái Đất. Nhưng liệu loài động vật này có thể sống sót sau khi bị súng bắn?

Nghiên cứu của ĐH Kent (Anh) được công bố trên tạp chí Astrobiology vào tháng 5/2021 phát hiện ra rằng, gấu nước có thể sống sót sau khi được bắn từ nòng súng, nhưng chúng cũng có một điểm đột phá.

Theo đó, 2 nhà khoa học Alejandra Traspas và Mark Burchell đã mô tả về những thí nghiệm mà họ tiến hành, trong đó có bắn các hộp nhỏ có chứa gấu nước ở tốc độ cao vào mục tiêu làm từ cát để xem liệu sinh vật này có thể sống sót dưới áp lực đó hay không.

Cụ thể, sau khi thu thập khoảng 20 mẫu vật gấu nước, nhóm nghiên cứu đã đưa chúng vào môi trường lạnh sâu để chúng bước vào trạng thái ngủ đông.

Sau đó, các chuyên gia chia chúng theo từng nhóm gồm 2 - 3 con và đặt trong hộp mỏng chứa nước. Nhóm nghiên cứu đã đặt những chiếc hộp này ở bên trong hình hộp hình trụ lớn hơn đóng vai trò giống như vỏ đạn của một loại súng hai tầng chuyên dụng.

Đây là một công cụ được đặt ở trong buồng chân không, hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau và nhắm vào mục tiêu bằng cát cách đó vài mét.

Sau khi tiến hành thử nghiệm, các nhà nghiên cứu phát hiện gấu nước được bắn từ nòng súng ở tốc độ 825 m/s thì có thể tỉnh lại sau khi lấy ra từ trong hộp chứa. Trong khi đó, những con gấu nước được bắn ra tốc độ cao hơn thì không thể sống sót.

Từ kết quả này, nhóm các chuyên gia nghiên cứu suy đoán rằng gấu nước không thể sống sót sau khi va chạm với một hành tinh nếu chúng bám vào thiên thạch. Bởi vì va chạm này thường xảy ra ở tốc độ vượt quá ngưỡng chịu đựng của gấu nước.

Gấu nước là động vật nhỏ 8 chân và có chiều dài khoảng 0,1 cm, thường sống dưới nước. Gấu nước nổi tiếng là động vật tuy nhỏ bé nhưng có sức sống bền bỉ khi vẫn có thể sống ngay cả khi chúng bị đun sôi, đóng băng, phơi nhiễm phóng xạ, làm khô...

Đây cũng là là loài động vật đầu tiên sống sót trong môi trường ngoài không gian. Để có thể "bất tử" và tồn tại ngay cả trong những môi trường sống khắc nghiệt nhất, gấu nước thường dùng cách cuộn tròn thành hình cầu và bước vào trạng thái giống như ngủ đông.

Vậy, gấu nước có điểm yếu không?

Câu trả lời là có. Hơn nữa, điểm yếu của loài động vật bất tử này lại khiến nhiều người bất ngờ.

Cụ thể, trong một nghiên cứu được công bố trên Scientific Reports vào tháng 4/2022, các nhà khoa học tại ĐH Adam Mickiewicz, Ba Lan, cho biết họ đã tìm ra điểm yếu của loài gấu nước. Đó chính là chất nhầy của ốc sên.

Dù gấu nước có khả năng sống rất mãnh liệt nhưng chúng lại di chuyển rất chậm. Gấu nước thậm chí còn di chuyển chậm hơn cả ốc sên.

Phó giáo sư Zofia Książkiewicz-Parulska và Tiến sĩ Milena Roszkowska từ Viện Sinh học môi trường, ĐH Adam Mickiewicz đã cho những con ốc sên bò qua bề mặt có gấu nước ở đó. Sau đó, những con gấu nước đã ngay lập tức bám vào ốc sên để đi nhờ.

Đặc biệt, các chuyên gia còn phát hiện ra rằng sau khi bám vào ốc sên và bị lớp chất nhầy của ốc sên tiết ra bao phủ, gấu nước rất nhanh bị khô. Thậm chí cho dù được bù nước sau đó thì chỉ 34% trong số những con gấu nước là sống sót.

Thử nghiệm này cho thấy rằng chất nhầy của ốc sên là điểm yếu, nhưng đồng thời cũng là cách để gấu nước có thể di chuyển xa hơn.

Theo các chuyên gia, tỷ lệ gấu nước chết vì chất nhầy của ốc sên cũng không làm ảnh hưởng tới số lượng của loài động vật này. Bởi vì chỉ còn một con sống sót thì gấu nước vẫn có thể thiết lập một quần thể khác ở môi trường mới, nhờ vào khả năng sinh sản vô tính.

Việc vô tình tìm ra điểm yếu của gấu nước, sinh vật có khả năng sinh tồn rất tốt, sẽ giúp mở ra các hướng nghiên cứu mới về khả năng sống sót của loài vật đặc biệt này, và ảnh hưởng của chất nhầy ốc sên trong những ứng dụng hoá sinh khác.

Bài viết tham khảo nguồn: Livescience, Sciencealert, Dailymail