Bí mật của tardigrade bất tử: Một sinh vật không sợ bất kỳ thử thách nào!

Loại sinh vật nào có thể sống sót trong môi trường khắc nghiệt nhất trên Trái Đất mà không hề sợ hãi? Câu trả lời nằm ở một trong những loài bọ nhỏ nhất thế giới, loài tardigrade bất tử.

Sống sót ở nhiệt độ khắc nghiệt

Tardigrades, còn được gọi là "gấu nước", là những sinh vật nhỏ bé nhưng cứng rắn. Chúng được phát hiện là có khả năng chống chịu tuyệt vời với các điều kiện vô cùng cực đoan, có thể sống sót ở nhiệt độ khắc nghiệt. Đặc điểm độc đáo này khiến tardigrades thu hút sự chú ý của các nhà khoa học và trở thành sinh vật mẫu để nghiên cứu khả năng thích nghi của sinh vật với môi trường khắc nghiệt.

Tardigrades sống ở nhiều môi trường khác nhau, từ hồ nước ngọt đến đại dương, từ núi đến thung lũng và thậm chí có thể được tìm thấy ở các vùng cực. Mặc dù chúng nhỏ, thường chỉ khoảng 0,5 mm nhưng chúng thể hiện khả năng sống sót đáng kinh ngạc trong điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt nhất.

Tardigrades, còn được gọi là bọ Basel, hay gấu nước, là những sinh vật nhỏ bé ngoan cường thuộc ngành Annelida trong vương quốc động vật và nổi tiếng thế giới nhờ khả năng chịu đựng và khả năng thích ứng đáng kinh ngạc. (Ảnh: Livescience)

Trong môi trường cực lạnh, tardigrades có thể chịu được nhiệt độ gần bằng không tuyệt đối. Cơ thể của chúng chứa một loại protein đặc biệt giúp ngăn chặn tế bào bị đóng băng và tự phân hủy. Khi nhiệt độ giảm xuống, tardigrades điều chỉnh tốc độ trao đổi chất để duy trì hoạt động và bảo vệ tế bào khỏi bị phá hủy bởi các tinh thể băng. Chúng cũng nhanh chóng tiếp tục hoạt động trao đổi chất bình thường khi môi trường ấm trở lại.

Không chỉ vậy, tardigrades có thể tồn tại trong môi trường cực kỳ nóng. Chúng có thể chịu được nhiệt độ lên tới 150 độ C. Khi nhiệt độ môi trường tăng cao, chúng sẽ chuyển sang trạng thái không hoạt động, cuộn tròn, giảm hoạt động trao đổi chất và tránh bị hư hại do nhiệt độ cao. Trạng thái không hoạt động này có thể kéo dài vài năm, khi nhiệt độ môi trường giảm xuống, tardigrade sẽ hồi sinh và tiếp tục các hoạt động sinh lý bình thường.

Cơ chế sửa chữa DNA rất quan trọng đối với những con gấu nước sống trong môi trường khắc nghiệt, giúp chúng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt. (Ảnh: Livescience)

Khả năng sống sót ở nhiệt độ khắc nghiệt của gấu nước cũng được hưởng lợi từ cơ chế sửa chữa DNA mạnh mẽ của chúng. Khi DNA của tế bào bị hư hỏng, tardigrades có thể nhanh chóng sửa chữa các lỗi trong DNA và tránh chết tế bào.

Ngoài khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, tardigrades còn có thể sống sót trong các điều kiện khắc nghiệt khác, chẳng hạn như cực khô và áp suất cực cao. Trong điều kiện khô cằn, tardigrades ngủ đông. Dưới áp lực cực lớn, tardigrades sử dụng cấu trúc cơ thể dẻo dai của mình để chống lại tác động của áp lực bên ngoài.

Cơ chế mà tardigrades bước vào trạng thái ngủ đông cũng đóng một vai trò quan trọng trong khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt của chúng. (Ảnh: Livescience).

Cơ chế ngủ đông độc đáo

Tardigrades (còn được gọi là bọ chịu hạn) là những sinh vật nhỏ bé, có khả năng thích nghi cực kỳ cao và khả năng chịu đựng điều kiện hạn hán khắc nghiệt thật đáng kinh ngạc. Khi phải đối mặt với điều kiện hạn hán khắc nghiệt, gấu nước có thể chuyển sang trạng thái không hoạt động để đối phó với thử thách.

Trong điều kiện khô hạn, cơ thể của gấu nước cuộn tròn thành một quả bóng hình "khoai tây". Hình thức này bảo vệ tardigrades khỏi điều kiện khô hạn và ngăn ngừa mất nước trong cơ thể. Ngoài ra, bộ xương ngoài của tardigrades cũng có thể đóng vai trò bảo vệ nhất định để ngăn chặn những tổn hại từ môi trường bên ngoài.

Phản ứng bản năng của tardigrades cũng mang lại cho nó khả năng thích ứng tốt để chịu đựng các điều kiện hạn hán khắc nghiệt. Khi gấu nước cảm nhận được hạn hán đang đến gần, chúng nhanh chóng thu nhỏ lượng nước trong cơ thể để tránh mất nước. Đồng thời, quá trình trao đổi chất của tardigrade cũng sẽ bước vào trạng thái cực kỳ chậm để giảm lượng nước tiêu thụ. Khả năng tự điều chỉnh này cho phép tardigrades sống sót sau thời gian hạn hán kéo dài.

Ở trạng thái không hoạt động, tardigrades đình chỉ sự tăng trưởng và sinh sản, đồng thời làm giảm tốc độ hoạt động trao đổi chất trong cơ thể. Bằng cách này, gấu nước có thể chịu được hạn hán trong nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ. Một khi điều kiện môi trường trở nên thuận lợi, gấu nước có thể nhanh chóng tiếp tục hoạt động và tiếp tục sinh sản. (Ảnh: Zhihu).

Tardigrades đã khiến mọi người phải ngạc nhiên và sửng sốt với khả năng chịu đựng được những điều kiện khắc nghiệt. Chúng có thể đi vào trạng thái không hoạt động trong môi trường khô cằn và duy trì các hoạt động sống thông qua các cơ chế bảo vệ đặc biệt, các phản ứng bản năng và khả năng điều chỉnh tốc độ trao đổi chất.

Khả năng chống bức xạ và áp suất cao

Tardigrades sống ở nhiều môi trường khắc nghiệt khác nhau trên Trái Đất, bao gồm núi, biển sâu, vùng cực, v.v. Chúng cũng đã được thử nghiệm trong các thí nghiệm không gian. Tuy nhiên, bất kể môi trường nào, tardigrades đều có khả năng chống bức xạ đáng kinh ngạc.

Cơ chế sửa chữa DNAcủa tardigrades là chìa khóa cho khả năng chống bức xạ của nó. Khi các phân tử DNA của tardigrades bị phá hủy bởi tia cực tím hoặc bức xạ khác, chúng có thể ngăn ngừa thiệt hại thêm bằng cách lắp ráp và sửa chữa các chuỗi DNA. Cơ chế sửa chữa này cho phép gấu nước sống sót sau khi tiếp xúc với lượng lớn bức xạ và có thể truyền gen sửa chữa cho các thế hệ tương lai, đảm bảo sự tồn tại liên tục của quần thể.

Các protein đối áp độc đáo và các enzyme chống oxy hóa của gấu nước cũng hỗ trợ mạnh mẽ cho khả năng chống bức xạ của chúng. Những protein và enzyme này có thể loại bỏ hiệu quả các gốc tự do trong tế bào và ức chế tổn thương tế bào do bức xạ gây ra, từ đó bảo vệ sức sống của tardigrade và tính toàn vẹn của thông tin di truyền của nó.

Tardigrades sống trong nhiều môi trường khắc nghiệt, bao gồm cả môi trường áp suất cao của biển sâu. (Ảnh: VOX)

Ở vùng biển sâu, tardigrades có thể chịu được áp suất lên tới 600 MPa, tương đương với áp suất của nước ở độ sâu 1.000 mét trên mặt đất. Cấu trúc cơ thể của tardigrade đóng vai trò quan trọng trong việc thích nghi với môi trường căng thẳng cao độ này. Cơ thể của tardigrades được gọi là "hình bầu dục giới hạn", nó có cấu trúc bộ xương ngoài độc đáo và các đoạn cơ thể mềm mại, có thể chịu được áp lực bên ngoài một cách hiệu quả dưới áp suất cao và duy trì sự ổn định của hình dạng cơ thể.

Tế bào của chúng cũng có khả năng thích ứng với stress rất tốt. Cấu trúc tổ chức của màng tế bào và các cơ quan bên trong của tardigrades có thể duy trì tương đối ổn định trong môi trường áp suất cao và không dễ bị hư hỏng. Cơ chế thích ứng ở cấp độ tế bào này cho phép tardigrades duy trì các chức năng sinh lý bình thường dưới áp suất cực cao và nhanh chóng trẻ hóa sau khi áp suất được phục hồi.

Khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt của tardigrades không chỉ cho phép chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế sinh tồn của sự sống trong môi trường khắc nghiệt mà còn mang lại nguồn cảm hứng và hy vọng cho con người khi phải đối mặt với những điều kiện khắc nghiệt chưa từng biết đến.