Điểm danh những sinh vật gần như "bất tử" trong thế giới tự nhiên

Tôm hùm Mỹ, thuỷ tức, sứa biển hoặc thông Bristlecone đều có thể bị giết chết bởi các yếu tố ngoại vi. Nhưng nếu không gặp những điều bất lợi trên, chúng có thể sống rất thọ từ hàng trăm tới hàng ngàn năm. Bí quyết của những sinh vật trên là gì?

• Những thực vật cổ xưa nhất trên trái đất còn tồn tại ngày nay

5 sinh vật gần như "bất tử" trong thế giới tự nhiên

Tuy bọ gấu nước Tardigrade gần như "vô đối" trước những điều kiện cực đoan như nhiệt độ, áp suất, chân không, bức xạ, song chúng vẫn chết như bất kỳ sinh vật nào khác. Các tế bào của chúng sau cùng vẫn già đi và chúng qua đời. Trong khi đó 4 loài sinh vật kể trên, dù không "trâu bò" bằng bọ gấu nước, chúng lại có tuổi thọ rất cao mà ở một mức độ nào đó, gần như đạt ngưỡng bất tử!

1. Thông Bristlecone

Đáng chú ý nhất là loài thông Bristlecone sống tại Bắc Mỹ. Chúng đã mọc lên ở đấy từ hơn 5.000 năm trước, cùng thời điểm mà thành Troy ở Thổ Nhĩ Kỳ được xây dựng! Trải qua bao nhiêu thăng trầm của lịch sử nhân loại, bao triều đại đổi thay, thông Bristlecone vẫn sống tốt và khoẻ mạnh trên những vùng đất khô cằn. Tuy vậy, thời gian cũng hằn lên những cái cây "siêu" cổ thụ này không ít "nếp nhăn".

Thông Bristlecone có tuổi đời lên đến hàng ngàn năm

Howard Thomas, thuộc ĐH Aberystwyth (Anh), mô tả về cuộc đời của Bristlecone: "Những cái cây bị (thời gian) đánh đập tơi tả. Chúng bị sét đánh, bị oằn mình trước trọng lượng của những mùa đông tuyết rơi nặng, cành của chúng bị gió đánh gãy". Nhìn từ bên ngoài, những cây Bristlecone trông có vẻ "khắc khổ", song bên trong chúng là cả một câu chuyện khác.

Một trong những điều đáng sợ của việc sống lâu là các tế bào sẽ bị đột biến từ các độc chất tích luỹ trong môi trường. Thế nhưng trải qua 5 thiên niên kỷ, loài Bristlecone dường như chẳng thay đổi gì mấy. Một nghiên cứu hồi 2001 so sánh bụi và phấn hoa của loài này ở giai đoạn hiện nay và trở về các thời điểm trước đó, kéo dài tới 4.700 năm trước, cho thấy chúng gần như không bị đột biến. Chưa kể, mô mạch ở những cây cổ thụ vẫn "tráng kiện" như những cây non vừa đến tuổi niên thiếu.

Mặc cho bên ngoài bị thời gian bào mòn tơi tả, bên trong loài Bristlecone vẫn luôn "trai trẻ" như thời thành Troy được dựng lên huy hoàng cũng như lúc bị đánh sập bởi Odyssey.

"Dấu" thời gian in hằn lên từng lớp vỏ

Nhưng loài thực vật này đã "hack" được cái chết già như thế nào? Đáng tiếc thay, sức sống mạnh mẽ của Bristlecone vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Chỉ có một số giả thuyết được đưa ra để giải thích vấn đề.

Theo Thomas Bosch, thuộc ĐH Kiel (Đức), bí mật của Bristlecone có lẽ nằm ở lớp mô phân sinh. Có những vị trí nằm tại rễ và chồi cây là nơi ở của các tế bào gốc. Đấy là những tế bào sẽ sản sinh ra những tế bào mới giúp cây tăng trưởng. Theo quan sát, các tế bào gốc này dường như không hề thay đổi suốt hàng ngàn năm qua. "Khi anh có tế bào đột biến trong cơ thể, mọi chuyện có thể trở nên sai lầm. Tuy vậy giống các quần thể vi khuẩn, các tế bào không bị đột biến của Bristlecone có vẻ khoẻ mạnh hơn các tế bào bị hư hỏng". Và vì thế, những tế bào gốc khoẻ mạnh lại tiếp tục nở ra những tế bào khoẻ mạnh khác.

Một giải thích khác đến từ Lieven De Veylder, thuộc ĐH Ghent (Bỉ), cũng dựa trên mô phân sinh. Nhưng theo ông, mức đột biến thấp đến từ những "trung tâm yên lặng". Tại đây, các tế bào phân chia ở một mức độ thấp. Tốc độ phân bào dường như bị kìm hãm lại và nó giúp hạn chế các rủi ro đột biến DNA, đến từ việc phân bào quá nhanh. "Hạn chế các quần thể tế bào gốc phân chia thường xuyên có thể là một cách gần như hoàn hảo để bảo vệ thông tin di truyền".

Các tế bào thực vật đang thực hiện sự phân bào

Hồi 2013, nhóm của De Veylder đã xác định được một protein dường như kiểm soát mức hoạt động ở các "trung tâm yên lặng", gọi là Arabidopsis. Những protein tương tự Arabidopsis có lẽ đã giúp một số loài thực vật giống Bristlecone hạn chế tình trạng lão hoá tế bào, cho phép chúng sống được tới hàng trăm, hàng ngàn năm.

2. Nghêu biển

Thế nhưng đấy là thế giới thực vật. Những loài động vật, dù sao, có lẽ do sự phân hoá tế bào sâu hơn thực vật, cũng có thể do đời sống vận động liên tục nên tế bào động vật chóng "già" hơn, dẫn tới tuổi thọ ngắn hơn. Ở đây, câu nói "sống nhanh, chết lẹ" (live fast, die young) có vẻ khá hợp lý khi so sánh động vật và thực vật.

Tuy nhiên có một trường hợp ngoại lệ là san hô (vốn là động vật). Có rặng san hô có tuổi thọ lên đến 4.000 năm. Song những mầm polyp san hô đơn lẻ lại chỉ có vài năm tuổi. Dù sao, "phong cách" sống của san hô gần với thực vật hơn là động vật. Chúng đứng bám cả đời vào mỏm đá không khác gì những cái cây. Có lẽ "hít sâu, thở chậm" là bí quyết trường sinh của loài này.

Ming, chú nghêu biển sống thọ nhất con người từng biết

Song chỉ đứng một chỗ cả đời thì không thể gọi là động vật đúng nghĩa. Động vật chọn cách di chuyển ra khỏi nơi cư trú nhằm trốn tránh những nguy cơ trở thành thực đơn của loài khác, cũng như để chủ động tìm đến những nơi có nhiều thức ăn hơn, hoặc để tránh những thay đổi bất lợi của môi trường. Đổi lại thì động vật có tuổi thọ thấp hơn, bù lại thì chúng có khả năng "khám phá" thế giới nhiều hơn.

Hiện kỷ lục về tuổi thọ trong thế giới động vật đang do một chú nghêu biển nắm giữ, tới 507 tuổi. Nhưng điều bi hài là... đáng lẽ chú có thể còn sống lâu hơn nữa nếu không bị các nhà khoa học vớt lên hồi 2006 ở Iceland và... làm chú chết! Được đặt tên là nghêu Ming (nhà Minh) vì lúc chú ra đời cùng lúc với triều Minh ở Trung Quốc. Sống sót qua bao biến cố nhân loại, không ngờ chú lại qua đời vì... khoa học!

Ai biết được những chú nghêu này đã trao đổi bao biến cố lịch sử?

Nhưng làm sao Ming có thể sống lâu tới thế? Đây là một đặc tính chung của loài động vật thân mềm hai mảnh này. Không giống các loài động vật khác, màng tế bào của loài nghêu gần như không bị tổn thương đến từ tương tác với các phân tử chứa oxy, vốn sẽ tạo ra các phân tử nhỏ hơn và làm hư hỏng các thành phần khác của tế bào. Do vậy về mặt sinh học, loài nghêu dường như bất tử vì các tế bào không bị hỏng hóc theo năm tháng, tương tự loài thông Bristlecone.

Song, không có nghĩa 507 là con số lớn nhất mà loài nghêu có thể đạt được. Tuổi của Ming có thể được xác nhận nhờ số vòng tăng trưởng nằm trên vỏ của nó. Cũng giống như thực vật, nghêu tăng kích thước theo thời gian nhờ tạo ra những lớp vỏ mới bên cạnh lớp cũ. Các nhà sinh học đã đếm những lớp này để xác định tuổi của Ming. Nhưng do Ming "không may" bị con người bắt lên. Có thể còn nhiều chú nghêu khác còn "thọ" hơn cả Ming nhưng chưa "được" tìm thấy.

3. Thuỷ tức

Trong khi đó, việc đo tuổi của những loài không có dấu chỉ "năm tháng" giống nghêu là một thách thức với các nhà sinh học. Thuỷ tức (hydra) là một trường hợp như vậy. So với các loài có kích thước tương đương, loài vật thân mềm này gần như bất tử khi con trưởng thành cũng chỉ dài có 1,5 cm.

Dù nhỏ bé nhưng thuỷ tức sống rất thọ

Trong phòng thí nghiệm, các nhà sinh học ghi nhận loài động vật nhỏ bé này đã sống tới 4 năm kể từ khi nó tách chồi. Đáng chú ý hơn, cho tới khi thí nghiệm kết thúc, chú thuỷ tức vẫn "trẻ trai" hệt như ngày đầu tiên chào đời. Có nghĩa rằng nếu tiếp tục theo dõi, tuổi của chú sẽ còn tăng nữa. Tuy vậy do đời người "có hạn", Daniel Martinez, tác giả công trình nghiên cứu không thể kéo dài mãi thí nghiệm trên. Song ông kết luận thuỷ tức hoàn toàn có thể bất tử.

Nhưng cụ thể thuỷ tức có thể thọ tới bao lâu? Hiện tại thì sinh học chưa thể trả lời được. Dù vậy dựa trên khả năng làm mới cơ thể liên tục, một số người cho rằng thuỷ tức có thể sống tới 10.000 năm nếu cả đời chú không mắc phải bệnh tật hay bị loài khác tiêu diệt!

Đâu là thuỷ tức "mẹ", đâu là thuỷ tức "con"?

Vậy bí quyết của thuỷ tức là gì? Chính là khả năng tái sinh mạnh mẽ của các tế bào gốc nằm trong cơ thể, gần giống với thông Bristlecone. Các tế bào gốc này mạnh đến nỗi kể cả bạn có "băm" thuỷ tức ra thành nhiều khúc thì mỗi khúc này sẽ tự phát triển thành con non mới. Đây cũng là lý do mà thuỷ tức trong tiếng Anh có tên Hydra - một quái vật có nhiều đầu trong thần thoại Hy Lạp, cứ mỗi khi 1 đầu bị chặt thì nó lại mọc ra thêm 2 đầu mới!

Khả năng tái sinh trên ngoài việc giúp thuỷ tức gần như bất tử, nó còn là phương pháp giúp loài này sinh sản. Thuỷ tức không có giới tính. Sinh vật cổ này dùng phương pháp tách chồi từ một vị trí trên cơ thể và con mới hình thành từ con mẹ. Song vì là sinh sản vô tính nên nếu không theo dõi kỹ, bạn sẽ không biết đâu là con non và con mẹ khi chúng có cùng kích thước như nhau.

Protein FoxO đang bám vào một chuỗi DNA (bên dưới)

Gần đây, các nhà khoa học đã giải mã được chìa khoá của các tế bào gốc trên thuỷ tức. Thuỷ tức có 3 loại tế bào gốc khác nhau, song cả 3 đều mang chung một loại protein có tên FoxO. Các nhà khoa học chưa rõ FoxO hoạt động như thế nào, nhưng dường như nó ngăn cản sự lão hoá tế bào. Bosch cho biết: "Nếu anh loại các gene tạo ra FoxO khỏi thuỷ tức, thì anh làm cho thuỷ tức bị già đi". Điều đặc biệt hơn là ở những người thọ tới hơn trăm tuổi, người ta cũng tìm thấy một số biến thể của loại protein này.

4. Sứa biển

Một trường hợp gần như bất tử khác là sứa biển. Song bí quyết "trường sinh" của loài thân mềm này có đôi chút khác biệt với các loài nêu trên - "muốn sống lâu thì đừng sex"!

Trước hết, hãy nói về vòng đời của sứa biển. Khi tinh trùng và trứng của loài này gặp nhau, chúng tạo thành hợp tử và phát triển lên ấu trùng. Nhưng ấu trùng này không phát triển trực tiếp lên thành sứa hoàn chỉnh, mà "rơi" xuống đáy biển rồi tạo thành mầm polyp có cấu trúc dạng nhánh. Những mầm polyp lại tiếp tục nhân bản vô tính tương tự thuỷ tức thành các mầm polyp khác. Về sau, những mầm polyp trên mới nở ra các con sứa và chúng mới bắt đầu có giới tính. Rồi đám sứa trưởng thành này mới sinh ra tinh trùng và trứng để lặp lại chu kỳ trên.

Hôm nay là "người lớn", mai là "trẻ vị thành niên

Chi tiết đáng chú ý nhất ở đây là, sứa biển có "trì hoãn" việc động dục của mình. Chúng có thể "dậy thì" bất cứ khi nào chúng muốn và tại thời điểm chưa phân hoá giới tính, sứa biển hoàn toàn không bị già! Chỉ khi trở thành những cá thể đực cái rõ ràng, loài này mới bị lão hoá. Nhưng thậm chí kể cả khi đã "dậy thì", giống sinh vật biển này vẫn có thể "quay ngược thời gian" trở lại thành mầm polyp, và lại tiếp tục sự bất tử của mình!

Dù vậy, bí mật về sự bất tử của sứa biển vẫn chưa được bật mí. Các nhà khoa học đoán rằng có thể tế bào gốc cũng chính là đáp án ở trường hợp của loài này. Chúng có thể phát triển đủ mạnh để thay thế các tế bào thông thường đã già yếu. Song đến giai đoạn "dậy thì", dường như việc phải trở nên "khác biệt" nằm ngoài khả năng của các tế bào gốc. Và quá trình sinh sản đòi hỏi cơ thể phải bỏ ra rất nhiều tài nguyên đến mức làm hao tổn tuổi thọ của sinh vật.

Bất tử? Có thể

Bosch nhận xét: "Anh có thể tranh cãi rằng việc tạo ra các giao tử (trứng và tinh trùng) sẽ tốn rất nhiều năng lượng, vì thế mà sinh vật sẽ chết bởi quá trình ấy".

Nhưng đó là trường hợp của sứa biển. Vẫn có một số loài khác dù "sex hay không sex", chúng vẫn sống rất thọ.

5. Tôm hùm Mỹ

Tuy không sống thọ như các loài nêu trên - mẫu sống lâu nhất ghi nhận được tới 140 tuổi - nhưng loài sinh vật biển này có một khả năng mà ai cũng mong muốn. Tôm hùm Mỹ có thể mọc lại cả một chiếc càng nếu chẳng may nó bị mất do tai nạn.

Thậm chí bị mất đi chiếc càng, tôm hùm Mỹ vẫn có thể mọc lại được!

Tất nhiên là khả năng tái sinh mạnh mẽ trên cũng giúp loài này thay thế các tế bào già yếu bằng những tế bào khoẻ mạnh khác. Từ đó cho phép nó "trường thọ".

Theo nghiên cứu, năng lực trên dường như có liên quan tới sự thay đổi của DNA loài tôm hùm. Các nhiễm sắc thể của các loài động vật có một điểm đặc biệt ở phía đầu của chúng, gọi là telomere. Các telomere có tác dụng bảo vệ phần DNA ở trong không bị phá hoại.

Song trong quá trình phân bào và nhân đôi nhiễm sắc thể, các telomere bị giảm dần đi chiều dài. Nguyên nhân của việc này là các enzyme dùng để tổng hợp DNA mới từ DNA gốc không "đọc" được tới cùng đoạn nhiễm sắc thể. Các nhà khoa học nhận ra các đoạn telomere càng ngắn đi thì các tế bào có vòng đời càng thấp.

Nhưng đối với tôm hùm Mỹ, chúng đã "hack" được quá trình trên bằng cách tạo ra một enzyme đặc biệt có chức năng "kéo dài" các telomere, gọi là telomerase. Một nghiên cứu hồi 1998 cho thấy enzyme trên có mặt ở mọi cơ quan của loài này. Người ta suy ra rằng chính nó đã giúp các tế bào của tôm hùm luôn luôn khoẻ mạnh và có tuổi thọ không đổi dù cho có phân bào bao nhiêu lần trong đời.

Tìm ra tá dược trường sinh?

Hiểu được bí mật của các sinh vật trên, các nhà khoa học về lý thuyết đã có thể tìm ra cách giúp con người trở nên bất tử. Song tại sao chúng ta vẫn chưa làm được?

Thông Bristlecone là trường hợp đặc biệt khi đây là một loài thực vật. Các khác biệt quá lớn giữa cơ thể động vật và thực vật là trở ngại lớn nhất để chúng ta có thể "học theo". Trong khi đó, nghêu hay thuỷ tức hay sứa biển đều là những sinh vật có mức tiến hoá không sâu rộng như các loài chim, thú, bò sát. Chúng không có nhiều bào quan phức tạp như tim, gan, phổi, hệ bạch huyết... Nên việc phỏng theo mô hình tế bào gốc của chúng không chắc sẽ có tác dụng với con người hay các loài động vật bậc cao khác.

Các đoạn telomere (tím) ở đầu các nhiễm sắc thể

Riêng cách của tôm hùm có thể xem là lựa chọn phù hợp nhất vì chúng ta có thể tổng hợp ra các enzyme. Song bạn đừng vội mừng. Trên thực tế thì các loài thú bao gồm cả con người cũng mang trong mình telomerase. Nhưng trong trường hợp này, telomerase lại là một điều xấu.

Cách đây hơn 60 năm, các nhà khoa học đã lần đầu tiên nhận diện được một tế bào "bất tử" trong cơ thể con người. Nó được đặt tên là tế bào HeLa và nó được tách ra từ... một bệnh nhân bị ung thư cổ tử cung. Bệnh nhân này không may đã qua đời trong cùng năm HeLa được phát hiện.

HeLa, tế bào bất tử đầu tiên trên cơ thể người được ghi nhận

Bạn có thể đã biết, ung thư là những tế bào bất thường có khả năng tăng trưởng đột biến và mạnh mẽ. Chúng không "chết già" như các tế bào thông thường. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng sự tăng trưởng của các khối u dường như được "tiếp sức" bởi telomerase! Và mạng sống của bệnh nhân chính là cái giá phải trả khi tuổi thọ các tế bào trên được kéo dài.

Dù vậy, vẫn có một loại tế bào khác gần như "bất tử" trong cơ thể các động vật. Đó là những tế bào phôi dùng để tạo ra tinh trùng hoặc trứng. Nghe có vẻ khó tin nhưng các đoạn telomere trên các tế bào này không bị rút ngắn qua nhiều lần phân bào. Và các hợp tử sau khi thụ thai vẫn có chiều dài telomere đầy đủ chứ không bị rút ngắn như các tế bào khác trên cơ thể cha mẹ. Do vậy mà dù bạn có con ở 20 hay 30 hay 40 tuổi, những đứa con do bạn sinh ra vẫn có tuổi thọ của riêng chúng.

Cừu "vô tính" Dolly đã chết già ở tuổi thứ 6

Trường hợp của cừu "vô tính" Dolly chính là ví dụ ngược cho điều trên. Dolly được nhân bản từ các tế bào thuộc tuyến vú của cô cừu khác. Đó là các tế bào vốn bị "già hoá" theo thời gian khi các đoạn telomere đã bị rút ngắn bớt. Nên kể cả dù Dolly có thân hình của một con cừu non, thực tế tuổi các tế bào của cô lớn hơn tuổi sống của cô rất nhiều. Sau cùng, Dolly đã qua đời khi mới sống được 6 năm vì bị bệnh phổi.

Ví dụ của Dolly cho thấy tế bào phôi thực sự là các tế bào bất tử. Vì nhờ có chúng, các thế hệ sau của chúng ta mới có một tuổi thọ trọn vẹn chứ không bị rút ngắn từ trước. Và điều trên đã kéo dài từ hàng triệu năm qua. Nên nói theo một cách nào đó, có thể từng cá nhân mỗi người đều chết già theo thời gian, nhưng dòng giống của chúng ta sẽ vẫn sống mãi cho đến khi nào chúng ta không còn khả năng sinh sản nữa.