Gấu nước (Waterbear) – loài động vật khó chết nhất trên trái đất  


Gấu nước được miêu tả đầu tiên vào năm 1773 bởi một mục sư người Đức J.A.E Goeze và được đặt tên là Tardigrada, có nghĩa là “di chuyển chậm”, 3 năm sau đó chúng cũng được miêu tả bởi nhà sinh học người Ý Lazzaro Spallanzani. Gấu nước có kích thước ngắn (0.05 mm – 1.2 mm), đối xứng 2 bên, cơ thể có phân đốt, sinh sản đơn tính hoặc hữu tính. Chúng ăn tế bào thực vật, động vật và vi khuẩn và là thức ăn của amip, giun tròn và các loài Tardigrade khác [1]. Gấu nước được tìm thấy hầu như mọi nơi trên Trái Đất từ những nơi ẩm ướt như rêu, địa y, lá cây, đất, dưới nước. Loài động vật này có hình dạng giống một chú gấu có 8 chân [2].

Hình 1. Hình dạng và kích thước của Tardigrade

Tardigrade gần như trong suốt, dài trung bình 0,5 mm, khoảng kích thước của dấu chấm cuối câu này. Cơ thể gấu nước được chia thành 5 phần gồm đầu và 4 đốt cơ thể, mỗi đốt gồm cặp chân có vuốt. Đôi chân cuối cùng gắn ngược lại các đôi chân trước, cấu tạo này không có ở các loài khác.Tardigrade có giải phẫu và sinh lý giống với các loài động vật lớn, bao gồm đầy đủ các hệ cơ quan dinh dưỡng, tiêu hóa và một tuyến sinh dục. Chúng có não ở phần đỉnh của sống lưng và một cặp hệ thần kinh ở bụng. Chúng có hệ tuần hoàn hở, cho phép các chất dinh dưỡng, khí trao đổi với các tế bào mà không cần hệ tim mạch và hệ hô hấp. Khác với con người, cơ thể lớn lên bằng cách tạo thêm nhiều tế bào. Tardigrade có cố định khoảng 1000 tế bào từ lúc nhỏ đến lúc trưởng thành, sự lớn lên của loài này do các tế bào tăng trưởng về kích thước [2].

Hình 2. Cấu tạo của Tardigrade

Tardigrade là một trong những động vật có thể chịu đựng điều kiện sống khắc nghiệt nhất. Nhưng khả năng này chỉ có ở một số loài gấu nước trên mặt đất. Các loài ở dưới nước thường không có khả năng này vì môi trường sống của chúng khá ổn định. Tùy vào điều kiện môi trường, gấu nước có thể tồn tại một trong ba trạng thái chính: hoạt động, anoxybiosis và cryptobiosis. Ở trạng thái hoạt động chúng ăn, phát triển, di chuyển, sinh sản và các hoạt động khác của sự sống. Trạng thái anoxybiosis xảy ra khi nồng độ oxy giảm. Gấu nước khá nhạy cảm với nồng độ oxy. Khi thiếu oxy dẫn đến tình trạng khó điều hòa nước trong cơ thể. Vì thế, gấu nước phồng cơ thể lên và lơ lửng trong vài ngày cho đến khi môi trường khô hạn biến mất và nó có thể trở lại trạng thái hoạt động.

Cryptobiosis là trạng thái ngừng chuyển hóa vật chất. Trạng thái này do mất nước hoàn toàn, các quá trình chuyển hóa bị ức chế. Gấu nước trên mặt đất chỉ sống được những nơi ẩm ướt như rêu, địa y. Nếu môi trường xung quanh bị khô thì gấu nước cũng sẽ mất nước theo. Tardigrade sẽ thoát đi 97% lượng nước trong cơ thể và co lại thành một cấu trúc chỉ bằng một phần ba kích thước cơ thể ban đầu gọi là tun. Ở trạng thái này, cryptobiosis được gọi là anhydrobiosis- sống không cần nước- chúng có thể tồn tại ở mọi điều kiện.

Hình 3. Các trạng thái của Tardigrade

Gấu nước được thí nghiệm tác động ở nhiệt độ 0.05 kelvins (-272.95oC xấp xỉ nhiệt độ không tuyệt đối) trong 20 giờ, sau khi nhiệt độ về trạng thái bình thường chúng lại trở về trạng thái hoạt động [3]. Chúng cũng được thử nghiệm ở -200oC trong 20 tháng mà vẫn sống sót. Chúng có thể chịu được nhiệt độ 150oC, cao hơn nhiều so với nhiệt độ sôi của nước và vẫn có thể phục hồi. Gấu nước được thử nghiệm ở áp suất 40,000 kiloPascal và nồng độ cao các chất độc hại như CO, CO2, N2, SO2. Ở trạng thái này, chúng thậm chí còn thể chịu đựng bức xạ tia tử ngoại ngoài vũ trụ [4].

Nhiều loài gấu nước có khả năng sinh sản vô tính, một số trường hợp chúng là loài lưỡng tính, có thể tự thụ tinh. Một tardigrade trong điều kiện bất lợi sẽ tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau và có thể hình thành một quần thể mới khi điều kiện môi trường thích hợp.

Bộ gen của Ramazzottius varieornatus, một trong những loài gấu nước chịu được điều kiện khắc nghiệt nhất đã được giải trình tự. Một phần nhỏ của bộ gen (1.2% hoặc ít hơn) được cho là gen của các loài khác [5], một vài sự thiếu sót của một vài gen chuyển hóa làm giảm sự tác động tiêu cực của môi trường, sự gia tăng các họ gen liên quan đến bảo vệ cơ thể và biểu hiện cao của một vài protein đặc biệt liên quan đến quá trình dehydrate và rehydrate. Nghiên cứu cho thấy các protein này làm giảm đến 40% sự phá hủy DNA khi được sử dụng đối với tế bào người [6].

Hiện tại có khá nhiều nghiên cứu trên gấu nước về số lượng loài cũng như là khả năng đặc biệt của chúng – có thể sống sót ở nhiều điều kiện vật lí, hóa học khắc nghiệt. Đây có thể là nền tảng khoa học để ứng phó với các thay đổi khí hậu ngày càng khắc nghiệt như hiện nay.

Tác giả: Võ Thị Hạnh Đan (Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM)

Tài liệu tham khảo

1.       Bordenstein, S., Tardigrades (Water Bears), Microbial Life, Educational Resources. Accessed on, 2008. 9.

2.       Miller, W.R.R., Tardigrades: These ambling, eight-legged microscopic" bears of the moss" are cute, ubiquitous, all but indestructible and a model organism for education. American Scientist, 2011. 99(5): p. 384-391.

3.       Becquerel, P., LA SUSPENSION DE LA VIE AU-DESSOUS DE 1/20-DEGREES-K ABSOLU PAR DEMAGNETISATION ADIABATIQUE DE LALUN DE FER DANS LE VIDE LE PLUS ELEVE. COMPTES RENDUS HEBDOMADAIRES DES SEANCES DE L ACADEMIE DES SCIENCES, 1950. 231(4): p. 261-263.

4.       Jönsson, K.I., et al., Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit. Current biology, 2008. 18(17): p. R729-R731.

5.       Boothby, T.C., et al., Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015. 112(52): p. 15976-15981.

6.       Hashimoto, T., et al., Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein. Nature Communications, 2016. 7.