Tại sao sinh vật 'vĩnh cửu' có thể sống hàng chục năm mà không cần uống nước?

Gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện gấu nước, một loài sinh vật được biết đến là mạnh mẽ nhất trên hành tinh, có khả năng sống sót hàng chục năm mà không cần nước.

Nước đóng vai trò quan trọng đối với sự sống trên Trái Đất. Tuy nhiên, các sinh vật như gấu nước, với sức mạnh gần giống 'bất tử', làm thế nào mà chúng có thể tồn tại trong môi trường không có nước suốt nhiều năm?

Theo các nhà khoa học, nhiều trong số 1.300 loài gấu nước đã được biết đến có khả năng chịu đựng những điều kiện mà nhiều dạng sống khác không thể vượt qua, bao gồm bị đói, đun sôi, đông lạnh, tiếp xúc với bức xạ hoặc thậm chí là bắn từ khẩu súng.

Giáo sư sinh vật học Takekazu Kunieda tại Đại học Tokyo (Nhật Bản) nói: 'Mặc dù nước là rất cần thiết cho mọi sự sống mà chúng ta biết, nhưng một số loài gấu nước có thể tồn tại mà không cần nước trong nhiều thập kỷ'.

Theo giáo sư Takekazu Kunieda, giáo sư Akihiro Tanaka và các đồng nghiệp tại Đại học Tokyo, gấu nước đặc biệt ổn định sau khi khô hạn và thậm chí có thể chịu được môi trường không khí trống không của không gian và tự tái sinh.

Chuyên gia tin rằng, khi mất nước, một số loại protein phải hỗ trợ tế bào duy trì sức mạnh cơ thể và khả năng chống chịu để tránh sự phá sản tự nhiên. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đã điều tra một loại gấu nước nổi tiếng với khả năng chống lại nước gọi là eutardigrade. Nghiên cứu tập trung vào việc tìm ra protein giải thích về đặc tính của sinh vật này và đã phát hiện 336 loại protein tiềm năng.

Ông Takekazu Kunieda chia sẻ rằng, sau khi thử nghiệm một số loại khác nhau, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng protein chứa nhiều acid amin có khả năng hòa tan do nhiệt (CAHS) chỉ tồn tại ở loài gấu nước. Protein này giúp bảo vệ tế bào của chúng chống lại sự mất nước.

Bằng cách thực hiện các thí nghiệm trên tế bào người và côn trùng, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng protein CAHS tăng cường độ cứng của tế bào và giúp cố định chúng chống lại sự co rút do áp lực từ sự mất nước. Thậm chí, loại protein này còn bảo vệ tế bào khỏi áp lực do quá nhiều nước gây ra.

Việc hiểu rõ cách protein CAHS hoạt động trong tế bào người và côn trùng đã đặt ra một số thách thức thú vị.

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

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

Protein CAHS có vẻ hoạt động như một cấu trúc khung chắc chắn, giống như bộ xương tế bào, nhưng chỉ khi các tế bào đối mặt với áp lực từ sự mất nước. Cụ thể, trong các tế bào mất nước, protein CAHS sẽ liên kết với nhau để tạo thành mạng nhện bao gồm các sợi chống.

Cấu trúc đặc biệt này giúp bảo vệ tế bào tránh 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 được đảo ngược, cho phép gấu nước hồi sinh khi gặp nước.

Nhà sinh vật học Kynieda nhận định, mọi điều 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.

Các protein độc đáo khác mà các chuyên gia nghiên cứu đã phân tích có thể cung cấp nhiều dấu hiệu hơn về những khả năng đáng kinh ngạc và bất ngờ của gấu nước.

Nghiên cứu đặc biệt về gấu nước đã 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 với sức mạnh của mình có thể sống sót ngay cả trong không gian hoặc bề mặt ngoài Trái Đất. Nhưng liệu loài động vật này có thể sống sót sau khi bị bắn từ súng?

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

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

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

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

Đây là một công cụ được đặt 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 thực hiện thí nghiệm, các nhà nghiên cứu phát hiện rằng gấu nước bị bắn từ nòng súng ở tốc độ 825 m/s có thể tỉnh lại sau khi được lấy ra khỏi hộp chứa. Trong khi đó, những con gấu nước bị bắn với tốc độ cao hơn thì không thể sống sót.

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

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

Đây cũng là loài động vật đầu tiên sống sót trong môi trường ngoài không gian. Để trở thành 'bất tử' và tồn tại trong những môi trường sống khắc nghiệt nhất, gấu nước thường 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 tạp chí Scientific Reports vào tháng 4/2022, các nhà khoa học tại ĐH Adam Mickiewicz, Ba Lan, tiết lộ họ đã phát hiện ra điểm yếu của loài gấu nước. Đó chính là chất nhầy của ốc sên.

Mặc dù gấu nước có khả năng sống rất mãnh liệt nhưng chúng lại di chuyển rất chậm. Thậm chí, gấu nước 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, Đại học Adam Mickiewicz, đã thực hiện thử nghiệm bằng cách đặt những con ốc sên đi qua bề mặt có gấu nước và sau đó gấu nước đã bám vào ốc sên để di chuyển.

Các chuyên gia còn phát hiện rằng khi bám vào ốc sên và tiếp xúc với lớp chất nhầy của ốc sên, gấu nước sẽ nhanh chóng bị khô. Thậm chí, chỉ có 34% trong số gấu nước sống sót sau khi được bù nước.

Thử nghiệm này chỉ ra 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 không ảnh hưởng đến số lượng của loài này. Một con gấu nước sống sót vẫn có thể thiết lập một quần thể mới ở môi trường mới, nhờ vào khả năng sinh sản vô tính.

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

Bài viết tham khảo nguồn: Livescience, Sciencealert, Dailymail