Các nhà khoa học đưa gấu nước vào trạng thái lượng tử và kỳ lạ thay, nó vẫn sống sót

Tardigrades - đôi khi được gọi là gấu nước hay lợn nước vì hình dáng vô cùng mũm mĩm, dễ thương của nó, tuy nhiên chúng không thể nhìn thấy bằng mắt thường, vì chiều dài cơ thể của sinh vật này chỉ từ 0,5mm đến 1,2mm.

Nhưng bất chấp kích thước nhỏ bé này chúng lại là một loài vô cùng kiên cường, sinh vật này được các nhà khoa học mô tả là "không thể phá hủy" vì khả năng sống sót trong điều kiện khắc nghiệt, chúng có thể thoải mái sinh sống ở những môi trường có mức áp suất cao và nhiệt độ khắc nghiệt - những loại môi trường có thể giết chết hoặc biến tính hầu hết các sinh vật sống khác.

Gấu nước là tên gọi phổ biến của ngành động vật Tardigrada, các sinh vật nhỏ bé, sống trong nước, thuộc nhóm các động vật có kích thước hiển vi có tám chân. Gấu nước thuộc về ngành Tardigrada, một phần của siêu ngành Ecdysozoa. Một nhóm cổ xưa, với hóa thạch được tìm thấy cách đây 530 triệu năm trước, vào kỷ Cambri.

Và cũng chính vì sự kiên cường này mà chúng luôn được giới khoa học quan tâm và được các nhà khoa học lựa chọn để trải qua rất nhiều các loại thí nghiệm khoa học sáng tạo, từ việc được bắn ra khỏi súng ở tốc độ 200mph (89,4 m/s) để xem liệu chúng có thể sống sót sau các cú sốc va chạm hay không, đến việc được đặt trong chân không để kiểm tra phản ứng của sinh vật này với các cực của không gian.

Giờ đây, loài gấu nước đã chính thức trải qua một thử thách khác, bằng cách trở thành sinh vật đa tế bào đầu tiên sống sót sau hiệu ứng vướng víu lượng tử (rối lượng tử).

Đối với những ai chưa xem Ant-Man thì có thể giải thích đơn giản như sau, rối lượng tử là một hiện tượng cơ học lượng tử kỳ lạ, trong đó các hạt lượng tử trở nên liên kết với nhau dù chúng có thể ở khoảng cách rất xa, thậm chí là nhiều năm ánh sáng.

Vướng víu lượng tử nói gọn là vướng lượng tử hay rối lượng tử (quantum entanglement), là một hiệu ứng được phát triển trong cơ học lượng tử, trong đó trạng thái lượng tử của hai hay nhiều vật thể có liên hệ với nhau, dù cho chúng có nằm cách xa nhau. Ví dụ trực quan nhất là hai electron đặt gần nhau có thể dao động cùng một trạng thái, theo thuyết lượng tử. Bây giờ nếu tách chúng ra xa nhau vài km, ngay cả hàng ngàn năm ánh sáng, chúng vẫn sẽ tiếp tục giữ được mối liên kết dao động đồng bộ này. Có nghĩa là, nếu hai (hoặc nhiều) hạt (hoặc vật thể) vướng víu lượng tử với nhau thì khi tác động vào một trong chúng (ví dụ thay đổi xung lượng, vị trì hay spin quay bằng điện từ chẳng hạn) thì hạt (hoặc nhiều hạt, vật thể) kia chuyển động đồng bộ ngay lập tức bất chấp khoảng cách không gian giữa chúng lớn đến đâu đi nữa.

Trong nghiên cứu đột phá này, Raimer Dumke của Đại học Công nghệ Nanyang ở Singapore đã đặt thành công một con gấu nước vào trạng thái vướng víu lượng tử với một qubit siêu dẫn - và điều kỳ diệu là nó đã sống sót sau thí nghiệm này.

Gấu nước có một cơ thể thực sự gây kinh ngạc cho giới khoa học. Dù bị đun sôi hay đóng băng, chúng vẫn sống. Rơi vào môi trường có áp suất cao, hay thậm chí là không có không khí như không gian và tiếp nhận bức xạ từ vũ trụ, chúng vẫn tồn tại. Thậm chí hồi sinh bình thường sau khi bị đóng băng trong ba thập kỷ. Ngoài ra, gấu nước có thể sống thiếu nước hay thức ăn trong 10 năm, ngay cả khi lượng nước trong cơ thể thấp hơn ngưỡng 3%.

Đó là một thứ khá phức tạp và liên quan đến việc giảm nhiệt độ của tardigrade xuống chỉ 0,01 độ C trên độ không tuyệt đối - mức thấp nhất mà một con gấy nước có thể tồn tại. Nhiệt độ cực cao hoặc cực thấp, bức xạ hay áp suất cao đều có chung một điểm - chúng hủy diệt DNA cũng như các bào quan cần thiết khác. Nhiệt độ sẽ khiến các protein bị tháo giãn, kết dính với nhau và trở nên vô dụng. Bức xạ xé nát DNA cùng các phân tử kích thước lớn. Còn áp suất làm đông đặc màng tế bào.

Tuy nhiên điều kỳ diệu là sinh vật này vẫn có thể bình an vô sự sau khi trải qua trạng thái vướng víu lượng tử.

Tập chí New Scientist cho biết, thí nghiệm thành công này là lần thứ ba Dumke cố gắng thực hiện quá trình này đối với loài tardigrade, nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ tiến tới việc kéo theo các dạng sống khác trong tương lai.

Những đặc điểm trên khiến sinh vật này trở nên gần như không thể tiêu diệt. Giới khoa học nhận định rằng một loại protein chỉ có trong cơ thể của gấu nước, có tên là Dsup (protein ức chế tổn thương), đã giúp bảo vệ cơ thể chúng không bị tổn hại trong môi trường khắc nghiệt. Dsup liên kết với các nhiễm sắc chất (chromatin - là các chuỗi DNA xoắn kép và các protein đặc biệt ở dạng cấu trúc nucleosome), tạo ra một "đám mây bảo vệ" che chắn các tế bào khỏi tác hại của phân tử phản ứng cao gốc hydroxyl. Những phân tử xuất hiện khi tiếp xúc với tia X. Về lý thuyết, có vẻ như các liên kết của Dsup sẽ bảo vệ DNA trong nhiều loại tế bào khác nhau.

• Trận ác chiến rung chuyển núi rừng của hai con gấu nâu to lớn
• Kinh hoàng phát hiện tổ ong 80.000 con ngay trong tường nhà
• Cận cảnh quả địa cầu 500 năm tuổi mô tả thế giới trước khi phát hiện Australia

Từ khóa liên quan:

Tardigrades

gấu nước

trạng thái lượng tử

gấu nước

lợn nước

vướng víu lượng tử

rối lượng tử

vướng lượng tử

Raimer Dumke