Tại sao một số loài động vật sở hữu nọc độc mạnh đến mức chúng không thể sử dụng được?

Chúng ta thường nghe về những câu chuyện kinh hoàng về rắn, sứa hoặc bọ cạp với loại độc gây tử vong. Nhưng tại sao những động vật này lại có nọc độc đến thế, khi mà có vẻ như chúng không có ích gì cho bản thân chúng?

Chúng ta thường nghe về những câu chuyện kinh hoàng về rắn, sứa hoặc bọ cạp với loại độc gây tử vong. Nhưng tại sao những động vật này lại có nọc độc đến thế, khi mà có vẻ như chúng không có ích gì cho bản thân chúng?

Tôi đang mơ màng dạo bước trong Công viên Quốc gia Corcovado xinh đẹp ở Costa Rica khi cảm thấy cánh tay của hướng dẫn viên đập vào ngực tôi. “Dừng lại!” - anh ta kêu, chỉ vào một thứ đang lẩn khuất trong lớp cát: “Rắn biển.”

Khi tôi quan sát con rắn biển bụng vàng, một mẩu câu đố từ khi còn nhỏ hiện lên trong đầu tôi. “Rắn biển,” - tôi nhớ lại khi còn nhỏ, “- là loài rắn nguy hiểm nhất. Bạn phải cẩn thận.”. Dù mệnh đề này có đôi chút phóng đại, nhưng thực tế là một số loài rắn biển rất độc. Một vài loài rắn trên cạn cũng độc như vậy, ví dụ như một vết cắn của loài rắn taipan nội địa có đủ độc để giết chết 250.000 con chuột. Và không chỉ loài rắn có 'sức mạnh' này. Một giọt chất độc từ loài sò nón có thể làm chết 20 người. Một vết đốt của loài sứa hộp có thể gây ngưng tim và dẫn đến tử vong trong vòng vài phút. 

Tất cả những điều này đặt ra một câu hỏi: tại sao những loài động vật này lại sở hữu thứ vũ khí mạnh tới mức có thể sát hại hàng tá con mồi trong khi chúng chỉ sử dụng trong những tình huống một đối một, hơn nữa là khi chúng không bao giờ có chủ đích săn con mồi cỡ lớn như con người?

Điều này làm tôi nhớ lại một câu chuyện truyền miệng về một loài nhện, rằng chúng sở hữu loại độc mạnh nhất mà con người biết đến, nhưng chẳng để làm gì bởi chúng không có phương tiện để truyền ra chất độc ấy. Dù chỉ là một câu chuyện tầm phào (nhiều người vẫn tin vào điều này, nhưng chương trình MythBusters đã đập tan nó), nhưng không phải là nó không có ý nghĩa. Những loại độc tố mạnh nhất dường như không có ý nghĩa gì với quá trình tiến hóa. 

Lí do một loài động vật sở hữu vũ khí độc thì lại rất đơn giản. Độc tố là cách giải quyết con mồi mà không cần phải mạo hiểm tranh đấu. Hơn nữa, sử dụng độc cũng là một chiến thuật phòng thủ hiệu quả. 

Tuy thế, điều đáng chú ý là mức độ dư thừa độc tố tìm thấy trong tự nhiên. Tại sao một con rắn có thể giết hàng trăm nghìn con chuột trong mỗi vết cắn? Điều này càng trở nên khó hiểu khi chúng ta cân nhắc đến độ “đắt đỏ” của vũ khí như độc tố. Nọc độc thường chứa hỗn hợp các chất độc gốc protein, với khả năng phối hợp để phá hủy các cơ quan nội tạng. Một loại nọc rắn có thể chứa một thành phần ngăn máu đông, và một thành phần khác có khả năng phá vỡ mạch máu. Kết quả của sự phối hợp này thế nào thì chắc bạn đã có thể đoán được. 

Quá trình tổng hợp protein tiêu hao lượng năng lượng đáng kể, nhưng điều đó vẫn là chưa đủ để ngăn sự tiến hóa, phát triển của những loại động vật chứa hàng ngàn peptit và protein, ngay cả khi lượng tiêu hao đó là khá lớn với những loài động vật chứa độc như thế.

Ở một mức độ nào đó, một số động vật chứa độc thực ra có tính toán những tiêu hao này. Rất khó để chúng ta có thể thí nghiệm trực tiếp, nhưng có vẻ như một số loài rắn biết cách điều chỉnh lượng độc tiết ra dựa vào kích thước của con mồi, với mục đích tránh lãng phí độc. Xa hơn, một thí nghiệm thực hiện trên loài rắn hang đã cho thấy có sự gia tăng 11% mức độ hoạt động trao đổi chất sau khi tiết độc. Điều này chỉ ra có sự liên quan giữa sự gắng sức vật lý với quá trình sản xuất chất độc.

Dù vậy, dưới góc nhìn cổ điển về chọn lọc tự nhiên, có thể thấy những đặc tính “đắt đỏ” (về mặt sinh học) như thế này sẽ bị loại bỏ trừ khi chúng tuyệt đối cần thiết. Điều tương tự thực tế đã xảy ra với một số loài: sau khi quay trở thực đơn chính là trứng, loài rắn biển vân cẩm thạch đã mất khả năng sản xuất độc tố. 

Tuy nhiên, vẫn tồn tại tình trạng rằng có rất nhiều loài động vật trên Trái Đất chứa những hỗn hợp độc tố đắt đỏ trong răng nanh, ngạnh hay gai mạnh mẽ hơn nhiều so với mức cần thiết. Tại sao lại như vậy? 

Theo quan điểm truyền thống, lượng độc tố cao là kết quả của sự tiến hóa đã bù đắp cho những thiếu hụt của các loài động vật này ở những mặt khác. Bất cứ dân cư nào ở sa mạc cũng có thể cho bạn biết điều này: khi nói về loài bọ cạp, không phải những con to và trông dữ dằn mà bạn phải dè chừng những con trông có vẻ nhỏ hơn, ví dụ như loài bọ cạp tử thần (deathstalker) - loài bọ cạp nguy hiểm nhất thế giới.  

 “Loài sứa hộp cũng là một ví dụ tốt.”, ông Yehu Moran, nhà nghiên cứu từ Đại học Do Thái Jerusalem cho biết. Gần đây, ông và đồng nghiệp Kartik Sunagar đã cùng nhau thực hiện một thống kê về các chọn lọc tự nhiên hoạt động với độc tố ở các giống động vật có độc. Ông nói tiếp: “Chúng rất mong manh, và những con cá với cơ bắp của chúng có thể làm sứa hộp vỡ nát từ bên trong khi sứa cố ăn thịt cá. Chính vì vậy, chất độc phải đạt hiệu quả 100% và gây ra cái chết thật nhanh.”

Trong tự nhiên, nếu kẻ săn mồi có kích thước nhỏ, yếu hoặc chậm chạp, thì điều sống còn là phải có khả năng vô hiệu hóa con mồi gần như ngay tức khắc để tránh việc con mồi bỏ trốn hoặc xảy ra tranh đấu. Ở những trường hợp như vậy, cũng dễ hiểu khi hàm lượng độc tố cao là lựa chọn tối ưu. 

Nghe có vẻ không liên quan, nhưng đâu đó cũng tồn tại bài toán kinh tế. Loài rắn taipan nội địa sống ở vùng hoang mạc cằn cỗi trung tâm nước Úc, và lý do cho việc chất độc mang tới cái chết tức thời và chắc chắn rất dễ hiểu. Ở vùng hoang mạc phải ăn bữa nay lo bữa mai, con rắn không đủ dư dả để có thể cho phép bất cứ con mồi nào chạy thoát. 

Tuy nhiên, thứ độc mạnh đến mức có thể giết 250.000 con chuột trong một nhát cắn vẫn có vẻ như quá thừa. Đáp lại con số này, một chuyên gia về độc rắn tại Đại học Bangor, Vương quốc Anh, ông Wolfgang Wuster có câu trả lời khá đơn giản: “Đó là bởi vì chúng không ăn những con chuột thử nghiệm. Mức độ chết người của độc tố với những con chuột hoàn toàn không liên quan đến cách con rắn hoạt động ngoài tự nhiên.”

Phương pháp chủ yếu để đánh giá độc tính của nọc rắn là một thử nghiệm với tên gọi LD50 (lethal dose 50% - lượng độc cần thiết để làm chết một nửa nhóm vật thí nghiệm). Mặc dù được sử dụng phổ biến, nó cũng có những hạn chế. Theo ông Robert Harrison, trưởng bộ phận nghiên cứu về rắn tại Trường Y học Nhiệt đới Liverpool, thì: “Mô hình sử dụng chuột giúp thu thập dữ liệu chuẩn. Nhưng động vật có vú không luôn ở trong chế độ ăn của chủ thể, vì vậy độ độc xác định qua động vật có vú chỉ là một thước đo chuẩn hóa mà không liên quan đến độ độc với loài lưỡng cư, côn trùng hoặc chim.”

Hầu hết động vật có độc chỉ có một dải con mồi cụ thể khá hẹp, và chính những con mồi này sẽ định hình quá trình phát triển chất độc của chúng. Hậu quả là một cuộc đua vũ trang tiến hóa song phương. Những con mồi phát triển khả năng chống lại độc, để rồi lại phải đối mặt với loại nọc độc mạnh hơn từ kẻ săn mồi. 

Thán phục trước số lượng chuột có thể bị giết chỉ trong một cú cắn của con rắn cũng giống như việc kinh ngạc trước việc một con báo cheetah có thể dễ dàng chạy nhanh hơn một con rùa cạn. Báo săn cheetah đơn giản không tiến hóa để săn rùa cạn, và ngược lại thì loài rùa cạn cũng không tiến hóa để chạy thoát khỏi nanh vuốt của báo cheetah. Như ông Wuster cho biết: “Không có gì là độc tuyệt đối. Nếu bạn muốn biết một thứ độc đến đâu, câu hỏi đầu tiên tôi sẽ hỏi bạn là: ‘độc đủ để làm tử vong thứ gì?’.”

Tất nhiên, việc thử nghiệm độc tố trên chuột không phải là không có lý do. Ông Harrison giải thích: “Phương pháp này chủ yếu được thiết kế để kiểm tra mức độ độc trên động vật có vú - hay có thể nói là chúng ta - nhằm mục đích tạo chất kháng nọc độc.”. Nhưng không phải loài động vật có vú nào cũng quá nhạy cảm với độc tính. Cầy mangut, sóc đất hay thậm chí cả một số loại nhím cũng có khả năng sống sót sau khi bị cắn bởi một số loại rắn nhất định - những vết cắn có thể làm nguy hiểm đến tính mạng với con người. 

Ông Wuster tiếp tục kể: “Một loài chuột ở Israel chỉ nặng 20 gam có thể sống sót sau khi bị rắn độc có vảy (echis) cắn, loại vết cắn có thể khiến tôi hoặc anh chảy máu từ nhiều nơi và cần chăm sóc cẩn thận ngay lập tức. Tương tự, tôi tin rằng có một loài chuột mạnh mẽ ở Australia có thể chịu được nọc độc của rắn taipan.”

Loài “siêu chuột” mà ông Wuster nhắc đến có lẽ đã phát triển khả năng chống lại nọc độc từ vết cắn rắn vì là một phần quan trọng trong chế độ ăn của chúng. Một mâu thuẫn cũng tồn tại, khi một số động vật lại dễ bị tổn thương bởi một số loại độc nhất định, bởi chúng là mục tiêu của các kẻ săn mồi có độc. Ví dụ, rắn echis thường săn bọ cạp, nên chúng sản xuất nọc độc cao hơn cho bọ cạp. Tương tự, rắn san hô cũng sản xuất nọc độc mạnh hơn cho các con mồi ưa thích - như cá, gặm nhấm hoặc các loài rắn khác. 

Ở những trường hợp như vậy, các loài con mồi không gặp áp lực tiến hóa phát triển khả năng chống lại độc, vì trong môi trường sống của chúng, rắn độc không phải là loài phổ biến. Nếu chúng phải đối mặt với nhiều kẻ săn mồi khác nhau, trong đó rắn chỉ là một phần nhỏ, thì không có áp lực tiến hóa đặc biệt để phòng vệ chống lại rắn - đặc biệt là khi quá trình này tốn nhiều năng lượng. 

Việc sản xuất nhiều loại chất độc khác nhau cũng liên quan đến sự tiến hóa của nọc độc. Càng nhiều thành phần khác nhau trong nọc, thì việc con mồi phát triển khả năng miễn nhiễm càng khó khăn hơn. Từ đó, những loại nọc độc phức tạp sẽ được ưu tiên hơn trong quá trình tiến hóa. 

Trong nghiên cứu đã được công bố, Sunagar và Moran phát hiện rằng, đây chính xác là điều đã xảy ra với một số nhóm động vật - như một số loài rắn và sò nón, những loài đã trở thành loài có độc tương đối gần đây trong quá trình tiến hóa. Một số động vật có độc khác, như sứa, nhện hoặc rết, với lịch sử tiến hóa lâu đời hơn, thì sản xuất ít loại chất độc hơn. Có vẻ như chúng đã vượt qua giai đoạn tiến hóa thứ hai, nơi xảy ra sự “thanh lọc” hầu hết các thành phần trong nọc độc, và thay vào đó tập trung bảo đảm một lượng nhỏ các thành phần có độc tính cao. 

Thật may mắn khi không có động vật nào tiến hóa để săn chúng ta, nhưng ngay cả khi đó cũng đã có hàng ngàn trường hợp chết người sau khi tiếp xúc với rắn, sứa, bọ cạp và sinh vật chứa độc khác. Ông Wuster giải thích: “Các loài linh trưởng không thiên về việc phát triển khả năng kháng độc.”. Vì vậy, có khả năng cao một động vật đã phát triển loại nọc đủ mạnh để hạ gục đối thủ có sức kháng độc cao cũng sẽ đủ sức để hạ gục con người. 

Cũng có những trường hợp được coi là do vận đen, như vết cắn của loài nhện Atrax robustus có thể gây nguy hiểm cho con người, nhưng gần như không gây tổn hại gì đối với loài gặm nhấm. Do nhện này không tiến hóa để săn con người hoặc gặm nhấm, đó chỉ là một sự trùng khớp không may giữa chất độc thần kinh của nhện với một thụ thể trong số tế bào của chúng ta. 

Việc nghiên cứu ảnh hưởng của nọc độc đối với sinh lý con người rất quan trọng. Những nghiên cứu này giúp chúng ta phát triển các loại thuốc kháng độc và thuốc khác, như thuốc huyết áp captopril, dựa trên chất độc của rắn hố. Tuy nhiên, để thực sự hiểu các loại độc tố, chúng ta cần mở rộng tầm nghiên cứu, không chỉ đối với con người mà còn cần khảo sát cách các loại nọc độc được sử dụng trong tự nhiên. 

Điều cần làm rõ là các chất độc, cũng như nhiều thứ khác hữu ích trong vương quốc của các loài động vật, cũng có cái giá của chúng. Rắn, sứa hay sò nón không phát triển loại độc cực mạnh chỉ để đợi. Nọc độc của chúng được “chuyên biệt hóa”, với khả năng thực hiện nhiệm vụ của mình - dù không phải khi nào nhiệm vụ ấy cũng rõ ràng đối với con người chúng ta.

Quay trở lại Costa Rica, hướng dẫn viên của chúng tôi đã sử dụng hai cây gậy để đưa con rắn biển trở lại chỗ của nó, tránh những người thiếu cảnh giác đi ngang qua và bị cắn. Tôi cảm thấy an lòng khi tránh được một cái chết kinh hoàng và tiếp tục hành trình của mình.

Sau đó, tôi hiểu rằng không cần phải lo lắng như vậy. Rắn biển của chúng tôi không phải là loài xếp hạng cao trong danh sách động vật có độc. Mặc dù nọc độc của nó đủ mạnh để gây tử vong khi bị cắn, nhưng vì cái hàm và răng nanh nhỏ, nó ít khi cắn thứ gì lớn hơn một con cá bình thường. Và con rắn chỉ quan tâm đến thứ đó, vì tự nhiên cá là một phần của khẩu phần của nó, trong khi con người thì không.