Vì sao chúng ta đều sẽ đến lúc già và chết?
- William Park
- BBC Future
Trong số tất cả các sinh vật dưới nước tuyệt diệu và lạ lùng bồng bềnh trên biển cả và sông ngòi, sẽ không thành vấn đề nếu như bạn không để ý tới hydra (rồng nhiều đầu).
Được đặt theo tên con rắn trong thần thoại Hy Lạp cổ vốn có thể mọc lại đầu, nó là họ hàng nước ngọt của sứa, hải quỳ và san hô. Hơi giống hạt bồ công anh, với cơ thể dài và búi xúc tu ở một đầu, không có gì đặc biệt.
Nhưng chúng có đặc tính khác thường khiến chúng trở thành chủ đề sinh học thu hút: chúng có thể tái sinh. Nếu bạn chặt con hydra thành nhiều mảnh, mỗi mảnh sẽ mọc lại thành một cá thể mới hoàn chỉnh.
Đặc tính tái sinh của chúng đã thu hút sự quan tâm của các nhà sinh vật học tìm kiếm bằng chứng về sự bất tử trong tự nhiên. Tại sao những loài này dường như không chết vì nguyên nhân tự nhiên? Và cái chết có phải là tất yếu?
Sự đánh đổi
Lão hóa được mô tả vào giữa thế kỷ 20 như sự đánh đổi giữa sinh sản và duy trì tế bào.
Ban đầu, cơ thể sinh vật sử dụng tài nguyên trong cơ thể để phát triển và giữ cơ thể khỏe mạnh – để duy trì các tế bào. Trong suốt thời còn nhỏ và trong quá trình dậy thì, ưu tiên là sinh tồn, mạnh mẽ và khỏe mạnh nhất có thể.
Sau khi dậy thì, trọng tâm chuyển sang sinh sản. Bởi vì, đối với hầu hết sinh vật, nguồn lực là hạn chế, cho nên ưu tiên sinh sản có thể trả giá bằng cơ thể khỏe mạnh.
Hãy xem cá hồi bơi ngược dòng để đẻ trứng và chết ngay sau đó. Mọi thứ đều được tận dụng để cho nó cơ hội tốt nhất đến được bãi đẻ trứng, và một khi đến được, nó tận dụng tối đa cơ hội. Cơ hội để cá hồi xuôi dòng nước, ra biển sống thêm một năm nữa, trở về trong hành trình tương tự và đẻ trứng lần nữa là xa vời đến nỗi chọn lọc tự nhiên không bao giờ đứng về phía chúng. Và dù gì đi nữa, chúng đã truyền lại gene được một lần.
Nhưng hiểu biết hiện tại về lý do sinh vật chết cụ thể hơn một chút. Khi sinh vật đến tuổi sinh đẻ, quy luật chọn lọc tự nhiên yếu đi và quá trình lão hóa bắt đầu, cuối cùng dẫn đến cái chết. Nhưng đó không phải là nhường chỗ cho thế hệ kế tiếp, vốn có thể "lý thú từ góc độ quên mình", Alexei Maklakov, giáo sư sinh học tiến hóa và lão khoa tại Đại học East Anglia, Anh, cho biết.
Được đặt theo tên con rắn trong thần thoại Hy Lạp cổ, hydra có đặc tính khác thường khiến chúng trở thành chủ đề sinh học thu hút: chúng có thể tái sinh
Trong suốt cuộc đời mình, gene chúng ta tích lũy các đột biến. Một số đột biến là hoàn toàn ngẫu nhiên, trong khi số khác là do chế độ ăn uống hay các yếu tố bên ngoài như tia cực tím.
Hầu hết đột biến là vô thưởng vô phạt hay có hại, rất ít cái có ích. Trước khi đến tuổi sinh sản, "bất kỳ đột biến nào làm giảm khả năng sinh sản, hay thậm chí giết chết cá thể trước khi nó sinh sản, dứt khoát sẽ không được chọn lọc tự nhiên", Gabriella Kountourides, nhà sinh vật học tiến hóa tại khoa nhân chủng học, Đại học Oxford, nói.
Tuy nhiên, một khi sinh vật đến tuổi sinh sản, nó có thể truyền lại gene sang thế hệ tiếp theo. Khi đó, chọn lọc tự nhiên yếu đi.
Hãy xem cá hồi đẻ trứng. Nó đã sinh trưởng tốt, đạt độ tuổi trưởng thành và sinh sản. Hậu duệ của nó cũng có thể có cơ hội đấu tranh đẻ trứng.
Nếu đột biến gene xảy ra ở cá hồi sau khi đẻ trứng và đột biến đó ngẫu nhiên giúp nó sống lâu hơn được một năm nữa (dù điều này cực kỳ khó xảy ra), thì những cá hồi con mà nó sinh ra sẽ trong năm đó không có lợi thế đặc biệt đáng kể so với bọn cá hồi anh chị chúng, vốn được sinh ra trước đó.
Chọn lọc tự nhiên suy yếu
Từ quan điểm chọn lọc tự nhiên thì không có mấy lợi ích trong việc nỗ lực duy trì trạng thái khỏe mạnh sau khi sinh đẻ.
Do đó, những gene giúp cho cơ thể khoẻ mạnh sau khi sinh không bị áp lực để được lựa chọn và trở nên phổ biến hơn. “Một cá thể muốn sống. Nhưng vào lúc đó, chọn lọc tự nhiên không cần nó nữa, bởi vì điều đó không đem lại gì thêm cho thế hệ tiếp theo,” Kountourides nói.
Tuy nhiên, không phải mọi sinh vật đều cực đoan như cá hồi, loài chỉ đẻ trứng duy nhất một lần trong suốt cuộc đời.
Một số loài sống lâu hơn, sinh sản nhiều lần. Hầu hết các đột biến trên ADN sẽ gây hậu quả xấu hoặc không để lại hậu quả gì. Cơ thể chúng ta có thể sửa chữa những tổn thương ADN này, nhưng khả năng đó suy giảm theo tuổi tác do chọn lọc tự nhiên suy yếu.
Nhưng lão hóa và tử vong sau đó xảy ra theo hai cách – các đột biến xấu tích tụ lại do khả năng chọn lọc tự nhiên suy yếu đi, và các đột biến có thể có lợi cho việc sinh sản trở nên xấu đi do tuổi già.
Lấy ví dụ về trường hợp đột biến gene BRCA. Đột biến này được cho làm tăng đáng kể nguy cơ ung thư vú và buồng trứng, nhưng cũng làm tăng khả năng sinh sản ở những phụ nữ có đột biến. Vì vậy, có khả năng là đột biến BRCA đem lại lợi thế sinh sản trong giai đoạn đầu đời, sau đó là nguy cơ sức khỏe lớn hơn ở tuổi về già. Thế nhưng, do khả năng chọn lọc tự nhiên sẽ trở nên yếu đi khi hết tuổi sinh nở, nên lợi thế sinh sản mà đột biến này đem lại là lớn hơn so với những bất lợi.
“Bất cứ điều gì xảy ra trong giai đoạn đầu đời sẽ mạnh hơn những gì xảy ra sau tuổi sinh đẻ, vì năng lực sinh đẻ thực sự quan trọng,” Kaitlin McHugh, nhà sinh vật học ở Đại học Bang Oregon, cho biết.
Sự lão hóa tế bào, tức là tế bào già yếu ngừng phân bào, là một ví dụ nữa về lợi thế đầu đời trở thành bất lợi sau này.
Sự lão hóa bảo vệ chúng ta khỏi ung thư vì nó có thể ngăn tế bào có ADN hư hại nhân lên. Tuy nhiên, sau này, các tế bào lão hóa có thể tích tụ trong các mô, gây tổn thương và viêm tấy, và là tiền đề dẫn đến các bệnh liên quan đến tuổi tác.
Những loài sống lâu thì sao?
Mặc dù hầu hết các loài đều già đi, nhưng vẫn có một số ngoại lệ.
Chẳng hạn, nhiều loài thực vật cho thấy ‘lão hóa không đáng kể’, và một số loài được biết là sống tới hàng ngàn năm.
Một ví dụ đặc biệt lý thú là cây pando trong Rừng Quốc gia Fishlake ở Utah. Đó thực sự là tập hợp những cây dương xỉ đực giống hệt nhau về mặt di truyền được kết nối với nhau bằng một hệ rễ duy nhất. Nó có diện tích hơn 100 mẫu và ước tính nặng hơn 6.000 tấn. Theo một số ước tính nó có thể hơn 10.000 năm tuổi.
Họ hàng của hydra, loài sứa bất tử, có một cách tài tình khác để đảm bảo sống lâu – nó có thể chuyển từ đời sống trưởng thành sang giai đoạn cuống đầu đời nếu bị tổn thương, bệnh hay căng thẳng. “Mặc dù vào lúc nào đó, bạn phải tự hỏi rằng đó là cùng cá thể hay cá thể khác?” McHugh nói.
Cũng có ý kiến rằng một số loài làm tốt hơn - được gọi là "lão hóa ngược" – nhưng có ít bằng chứng cho điều đó, Maklakov nói.
“Nếu đặc điểm sinh học của một loài là sinh sản vì lý do nào đó bị thấp hay nó không thể sinh sản vào đầu đời, thì điều này sẽ thay đổi cách lựa chọn tự nhiên,” Maklakov nói. Điều này có thể thấy ở động vật giao phối nhiều bạn tình – chẳng hạn hải mã hay hươu. Một con đực có thể kiểm soát nhiều con cái. Số bạn tình, và do đó số con nó có thể sinh, tăng theo độ tuổi và kích thước của nó. Do đó, năng suất sinh sản của nó tiếp tục tăng.
Mặc dù đúng là một số loài có thể giữ năng lực sinh sản theo tuổi tác, nhưng chúng không phải ví dụ thực sự về lão hóa ngược, và các nghiên cứu nói như thế thì nhiều khả năng là nói sai, Maklakov nói. Cuối cùng, hải mã đực sẽ không thể kiểm soát dàn 'hậu cung' các con hải mã cái của nó mãi mãi.
Nhưng tình dục có thể đóng vai trò lý thú trong cách lão hóa. Phụ nữ quan hệ tình dục thường xuyên bắt đầu mãn kinh muộn hơn, theo nghiên cứu của Megan Arnot và Ruth Mace thuộc Đại học College London. Họ cho rằng đây là ví dụ về đánh đổi – năng lượng tiêu hao cho việc rụng trứng có thể được các bộ phận khác của cơ thể sử dụng tốt hơn nếu không còn cơ hội mang thai.
Dồn sức lực để sinh sản
Nhưng ở phần còn lại trong thế giới động vật, việc mắn đẻ dường như làm tăng tốc độ lão hóa.
Chẳng hạn, dơi sinh nhiều con sống không thọ bằng những con sinh ít con. Có lẽ, khi có cơ hội sinh sản, chúng bỏ hết công sức vào đó. “Có sự đánh đổi về thời gian, với sinh vật sinh sản tốt lúc đầu đời không còn khỏe mạnh vào cuối đời,” McHugh nói. (Một lần nữa, hydra cũng là ngoại lệ trong quy tắc này. Tỷ lệ sinh của chúng dường như không giảm trong suốt vòng đời.)
Lại có những loài có vòng đời rất khác biệt giữa hai giới. Thông thường, kiến, ong và mối có một con chúa hết sức mắn đẻ và sống thọ so với những con thợ vô sinh. Trong trường hợp này, tại sao cái giá của sinh sản không làm giảm tuổi thọ của chúng? Câu trả lời có thể là con chúa được che chắn khỏi nhiều đe dọa mà các con thợ đối mặt, và có sự khác biệt trong hai lối sống đến mức các lý thuyết về lão hóa không áp dụng cho chúng đồng đều.
Vậy nếu sinh sản có ảnh hưởng mạnh đến tuổi thọ, tại sao con người lại sống lâu như vậy sau khi nhiều người ngừng sinh đẻ?
Theo 'giả thuyết người bà' thì việc người già sống thọ là điều quan trọng vì sinh sản là việc tốn công sức và rủi ro. Một người bà có thể đảm bảo duy trì một số gene của chính mình bằng cách bỏ công sức cho cháu mình, và do đó sống thọ có thể là điều có lợi, theo quan điểm chọn lọc tự nhiên.
“Những gia đình có bà trong nhà có năng lực sinh sản cao hơn nhiều, có lẽ là vì người mẹ có thể tập trung vào việc sinh nhiều con hơn và người bà giúp nuôi nấng những đứa con đã ra đời,” Kountourides nói.
Nhưng vì đứa cháu chỉ chia sẻ 25% gene với bà, chúng gần với với bà cũng chỉ như bà gần với những đứa cháu họ.
“Cũng có thể đơn giản là trước đây không có nhiều phụ nữ có thể sinh nở ở độ tuổi 50. Và do đó, sự chọn lọc tự nhiên đối với sinh sản ở nữ giới ở tuổi 50 là rất, rất thấp,” Maklakov nói, đề cập lại nguyên tắc cốt lõi của lão hóa – rằng chọn lọc tự nhiên yếu đi sau khi sinh đẻ.
Phần lớn những gì xảy ra với chúng ta trong phần sau của cuộc đời có thể không dễ chịu – nhưng cũng không có lực tiến hóa mạnh mẽ nào để giúp bảo vệ chúng ta trước nó.
Bài tiếng Anh đã đăng trên BBC Future.
Nhận xét
Đăng nhận xét