Gấu nước (tardigrade) là những động vật không xương sống dài chừng 0,1 đến 1,5 milimét, sống trong rêu, địa y, đất ẩm và nước. Chúng nổi tiếng vì chịu được những điều kiện giết chết gần như mọi sinh vật khác: khô kiệt, đóng băng sâu, áp suất cực cao và cả chân không vũ trụ. Bí quyết không phải là chúng "bất khả xâm phạm", mà là chúng biết tạm ngừng sống: rút hết nước, co thành một khối tròn, hạ trao đổi chất xuống gần như bằng không và chờ.
Năm 2007, trong thí nghiệm mang tên TARDIS trên vệ tinh FOTON-M3 của châu Âu, các nhà khoa học đã đưa gấu nước khô ra phơi trực tiếp với chân không ngoài không gian khoảng mười ngày. Khi về Trái Đất và được làm ẩm lại, nhiều con sống lại, một số còn đẻ trứng bình thường. Đây là lần đầu tiên một động vật được chứng minh sống sót sau khi phơi trực tiếp ra môi trường vũ trụ. Phần dưới giải thích chúng làm thế nào, và những giới hạn ít ai kể.
Gấu nước trông thế nào và sống ở đâu
Dưới kính hiển vi, gấu nước có thân tròn mũm mĩm, tám chân ngắn mập, mỗi chân có móng vuốt nhỏ, bước đi chậm rãi lắc lư như một con gấu, vì thế mới có tên gọi. Nhà tự nhiên học người Đức Johann August Ephraim Goeze mô tả chúng lần đầu năm 1773 với cái tên "gấu nước nhỏ". Tên khoa học tardigrade có nghĩa là "kẻ bước chậm".
Đến nay giới khoa học đã mô tả hơn một nghìn loài gấu nước, và con số vẫn đang tăng. Chúng có mặt ở khắp nơi: từ đỉnh núi cao tới đáy biển sâu, từ rừng nhiệt đới tới băng Nam Cực. Bạn hoàn toàn có thể tìm thấy gấu nước trong một nhúm rêu trên tường rào hay mái ngói ở Việt Nam. Người chơi kính hiển vi nghiệp dư thường ngâm rêu khô trong nước vài giờ, rồi soi phần nước lắng dưới đáy đĩa là thấy chúng bò.
Phần lớn gấu nước ăn dịch tế bào thực vật, tảo, một số loài săn động vật nhỏ hơn như giun tròn. Chúng có miệng hình ống với đôi kim nhọn để chọc thủng vách tế bào. Điều cần nhớ là ở trạng thái bình thường, khi đang bò và ăn, gấu nước khá mỏng manh, không khác các động vật nhỏ khác là bao. Khả năng "siêu nhân" chỉ xuất hiện khi chúng chuyển sang trạng thái tiềm sinh.
Trạng thái "thùng tròn": cách gấu nước tạm ngừng sống
Khi môi trường khô dần, nhiều loài gấu nước bước vào trạng thái gọi là tiềm sinh khô (anhydrobiosis). Quá trình này diễn ra theo trình tự, cần thời gian chứ không xảy ra tức thì:
- Co mình. Gấu nước rụt đầu và tám chân vào trong, thân co lại thành một khối tròn như cái thùng nhỏ, trong tiếng Anh gọi là "tun". Hình dạng này giảm diện tích bề mặt, làm nước thoát ra chậm và đều.
- Mất gần hết nước. Lượng nước trong cơ thể giảm xuống chỉ còn vài phần trăm. Với phần lớn sinh vật, mất nước như vậy đồng nghĩa với tế bào vỡ nát, nhưng gấu nước đã chuẩn bị trước.
- Sản xuất chất bảo vệ. Tế bào tạo ra những protein đặc biệt có khả năng hoá "thuỷ tinh" khi khô, bao bọc và giữ nguyên hình dạng các phân tử quan trọng. Một số loài còn tích luỹ đường trehalose, chất cũng giúp hạt giống và nấm men chịu khô.
- Gần như ngừng trao đổi chất. Hoạt động sống hạ xuống mức khó đo được. Ở trạng thái này, chúng không ăn, không thở theo nghĩa thông thường, không già đi đáng kể.
- Hồi sinh khi có nước. Khi được làm ẩm, gấu nước hút nước, duỗi chân và bò lại sau vài phút tới vài giờ, tuỳ thời gian đã nằm khô.
Nếu bị làm khô quá nhanh, gấu nước không kịp chuyển trạng thái và chết. Đây là chi tiết quan trọng mà các bài giật gân thường bỏ qua: khả năng chống chịu là một quy trình sinh học có điều kiện, không phải lớp áo giáp có sẵn.
Gấu nước chịu được gì: con số đã được kiểm chứng
Các thí nghiệm thường làm trên gấu nước ở trạng thái thùng tròn, trong điều kiện phòng thí nghiệm. Bảng dưới tóm tắt những gì đã được công bố, kèm lưu ý để không hiểu quá đà:
| Điều kiện | Kết quả đã ghi nhận | Lưu ý |
|---|---|---|
| Chân không vũ trụ | Sống sót sau khoảng 10 ngày phơi ngoài không gian (thí nghiệm TARDIS, 2007) | Khi bị phơi thêm tia cực tím Mặt Trời đầy đủ, tỉ lệ sống giảm mạnh |
| Đóng băng | Mẫu rêu Nam Cực giữ đông lạnh từ năm 1983, gấu nước được làm sống lại năm 2014 (công bố 2016) | Đây là ghi nhận khoảng 30 năm có kiểm soát; các con số "120 năm" lan truyền chưa được xác nhận |
| Áp suất cao | Chịu được áp suất hàng nghìn lần áp suất khí quyển trong thí nghiệm | Cao hơn áp suất ở đáy rãnh đại dương sâu nhất |
| Bức xạ ion hoá | Chịu liều bức xạ cao gấp hàng trăm lần liều gây chết người | Khả năng sinh sản sau đó thường bị ảnh hưởng |
| Nhiệt độ cao kéo dài | Nghiên cứu năm 2020 cho thấy ở trạng thái khô, khoảng 82 độ C trong một giờ đã làm chết một nửa số cá thể | Ở trạng thái hoạt động, chúng chịu nóng kém hơn nhiều |
Hàng cuối bảng là phần ít được kể nhất. Gấu nước chịu lạnh và chịu khô rất giỏi, nhưng nóng kéo dài lại là điểm yếu rõ. Nhóm nghiên cứu năm 2020 nhận xét rằng biến đổi khí hậu, khi làm nóng các vùng rêu, có thể ảnh hưởng tới chúng nhiều hơn người ta tưởng.
Protein Dsup: tấm khiên bảo vệ ADN
Một trong những phát hiện đáng chú ý nhất về gấu nước đến từ nhóm nghiên cứu Nhật Bản năm 2016. Khi giải mã bộ gen loài Ramazzottius varieornatus, họ tìm thấy một protein chưa từng thấy ở sinh vật nào khác, đặt tên là Dsup, viết tắt của "damage suppressor", tức chất giảm tổn thương.
Dsup bám vào chất nhiễm sắc, tức ADN đã cuộn quanh các protein histone trong nhân tế bào, và tạo thành một lớp che chắn. Thí nghiệm then chốt: các nhà khoa học đưa gen Dsup vào tế bào người nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Khi bị chiếu tia X, những tế bào này có ADN bị đứt gãy ít hơn khoảng 40 phần trăm so với tế bào bình thường.
Kết quả này khiến nhiều người hào hứng tưởng tượng về việc bảo vệ phi hành gia hay cây trồng khỏi bức xạ. Tuy vậy, cần đọc đúng mức: đây là thí nghiệm trên tế bào nuôi cấy, giảm tổn thương chứ không ngăn hoàn toàn, và còn rất xa mới thành ứng dụng trên người. Ngoài ra, Dsup không giải thích được toàn bộ khả năng của gấu nước; nhiều loài gấu nước khác không có protein này mà vẫn chịu khô tốt, nghĩa là chúng có nhiều cơ chế khác nhau.
Gấu nước trên Mặt Trăng: chuyện gì đã xảy ra
Tháng 4 năm 2019, tàu đổ bộ Beresheet của Israel bị rơi khi cố hạ cánh xuống Mặt Trăng. Trên tàu có một "thư viện" nhỏ do một tổ chức phi lợi nhuận gửi theo, trong đó có hàng nghìn gấu nước ở trạng thái khô. Ngay lập tức xuất hiện những dòng tít kiểu "Mặt Trăng giờ đã có sự sống".
Câu hỏi thật là chúng có sống sót qua cú va chạm không. Năm 2021, một nhóm nghiên cứu ở Anh đã thử bằng cách bắn gấu nước khô vào mục tiêu với tốc độ khác nhau. Kết quả: chúng chịu được va chạm tới khoảng 900 mét mỗi giây, nhưng ở tốc độ cao hơn thì bị nghiền nát. Tàu Beresheet được ước tính va chạm với tốc độ lớn hơn nhiều. Vì thế khả năng cao là không có con gấu nước nào trên Mặt Trăng còn nguyên vẹn để "sống lại", và kể cả nếu còn, Mặt Trăng không có nước lỏng để chúng hồi sinh.
Thí nghiệm này lại có ý nghĩa với một câu hỏi lớn hơn: sự sống có thể đi nhờ thiên thạch từ hành tinh này sang hành tinh khác không. Kết quả cho thấy ngay cả sinh vật bền bỉ như gấu nước cũng khó sống sót qua những cú va chạm tốc độ cao, điều làm giả thuyết đó khó khăn hơn chứ không dễ hơn.
Hiểu nhầm hay gặp về gấu nước
"Gấu nước là bất tử, không gì giết được." Sai. Ở trạng thái hoạt động, chúng chết vì khô nhanh, nóng, thiếu thức ăn hay bị động vật khác ăn như mọi sinh vật nhỏ. Tuổi thọ trạng thái hoạt động thường chỉ vài tháng tới khoảng hai năm tuỳ loài, chưa tính thời gian nằm tiềm sinh.
"Gấu nước đến từ ngoài vũ trụ." Không có bằng chứng nào. Bộ gen của chúng cho thấy rõ chúng là họ hàng của các động vật lột xác khác như giun tròn và chân khớp, tiến hoá trên Trái Đất từ hàng trăm triệu năm trước. Khả năng chịu chân không là sản phẩm phụ của khả năng chịu khô, vốn rất có ích ở đây.
"Gấu nước có rất nhiều gen lấy từ vi khuẩn." Một nghiên cứu năm 2015 từng tuyên bố khoảng một phần sáu bộ gen gấu nước đến từ sinh vật khác. Các phân tích sau đó chỉ ra phần lớn là do mẫu bị lẫn vi khuẩn khi giải trình tự; con số thật thấp hơn nhiều. Đây là ví dụ đẹp về khoa học tự sửa sai.
"Có thể thấy gấu nước bằng mắt thường." Một vài con lớn nhất dài tới khoảng 1,5 milimét có thể thấy như một chấm nhỏ nếu biết tìm, nhưng để thấy hình dạng thì cần kính lúp mạnh hoặc kính hiển vi.
Câu hỏi thường gặp
Gấu nước có nguy hiểm cho người không?
Không. Gấu nước quá nhỏ để cắn người, không mang chất độc và không được biết là truyền bệnh. Chúng chủ yếu hút dịch tế bào thực vật, tảo hoặc ăn các sinh vật tí hon khác. Bạn có thể đã chạm vào hàng trăm con khi sờ vào đám rêu ẩm mà không hề hay biết.
Làm sao để tự tìm gấu nước ở nhà?
Lấy một nhúm rêu khô trên tường hay mái nhà, ngâm trong nước sạch khoảng nửa ngày, vắt rêu rồi để nước lắng. Soi phần nước dưới đáy bằng kính hiển vi đồ chơi phóng đại khoảng 40 lần trở lên. Gấu nước trông như hạt gạo trong suốt có chân, bò chậm chạp.
Gấu nước nằm khô được tối đa bao lâu?
Ghi nhận chắc chắn nhất là mẫu đông lạnh khoảng 30 năm ở Nhật Bản. Có những câu chuyện về rêu khô trong bảo tàng hơn một thế kỷ cho ra gấu nước sống, nhưng chưa được kiểm chứng đầy đủ và thường bị trích sai. Thời gian càng lâu thì tỉ lệ sống lại càng thấp.
Vì sao gấu nước lại cần khả năng chịu chân không?
Chúng không cần. Không có môi trường nào trên Trái Đất giống chân không vũ trụ. Khả năng đó là hệ quả của việc thích nghi với khô hạn: khi cơ thể gần như không còn nước và các phân tử được bao trong lớp bảo vệ, chân không cũng không làm hại thêm được bao nhiêu.
Gấu nước có giúp ích gì cho con người?
Các cơ chế bảo vệ của chúng đang được nghiên cứu để bảo quản vắc xin, thuốc sinh học hay tế bào mà không cần tủ lạnh. Một số nhóm đã thử dùng protein của gấu nước để giữ ổn định enzyme khi khô. Đây vẫn là hướng nghiên cứu, chưa thành sản phẩm phổ biến.
Gấu nước sinh sản như thế nào?
Tuỳ loài: có loài cần cả con đực và cái, có loài con cái tự đẻ trứng không cần thụ tinh. Trứng thường được đẻ vào lớp vỏ cũ khi chúng lột xác. Trứng của một số loài cũng có khả năng chịu khô, giúp quần thể sống sót qua mùa hạn.