Đẻ hay trẻ? Nghịch lý tuổi thọ của những loài côn trùng xã hội

Trong tự nhiên, các loài động vật nhỏ bé thường không sống thọ cho lắm. Lý do rất đơn giản, lúc nào chúng cũng có nguy cơ trở thành một món ăn vặt cho các loài động vật khác.

Tiến hoá cũng biết vậy, nên cách tốt nhất để đảm bảo cho những sinh vật này tồn tại là thúc đẩy chúng nhanh trưởng thành và đẻ càng nhiều càng tốt. Đó là lý do cứ mỗi độ hè về bạn sẽ nghe thấy tiếng ve kêu râm ran khắp nơi.

Những con ve sầu thường lớn lên và già đi rất nhanh, chúng chỉ có tuổi thọ được tính bằng ngày, bằng tuần, cùng lắm thì bằng tháng. Trong suốt mùa giao phối, chúng chỉ có một mục tiêu duy nhất là mời gọi bạn tình và sau đó đẻ thật nhiều trứng.

Mỗi mùa hè, một con ve có thể đẻ hàng trăm trứng. Một điều trái ngược hoàn toàn với những loài động vật lớn như voi và con người. Khi kích thước và trí tuệ đem đến lợi thế sinh tồn, các loài động vật lớn chỉ cần đẻ vài con trong cuộc đời mình.

Vì vậy, chúng không phải quá vội trưởng thành. Đẻ ít, trẻ lâu để bảo vệ và nuôi dạy con cái mình là chiến lược của các loài động vật lớn. Chúng vì vậy cũng có vòng đời dài hơn, lên tới hàng chục năm.

Mỗi mùa hè, một con ve có thể đẻ hàng trăm trứng

Nhìn vào mô hình này, rõ ràng ta có thể thấy một sự tương phản rất phổ biến trong thế giới động vật. Nếu một loài vật không sống thọ thì chúng sẽ đẻ nhiều và ngược lại, không đẻ nhiều thì chúng sống trường thọ.

Động vật thường không thể tối đa hoá cả hai quá trình, vì sinh sản và duy trì tuổi thọ đều là những hoạt động sinh học tiêu tốn nhiều năng lượng. Nghịch lý chỉ xảy ra trên quy mô nhỏ, chẳng hạn như trong mỗi tổ côn trùng như ong, mối và kiến, bạn sẽ luôn thấy những con chúa trong đàn của chúng vừa đẻ nhiều vừa sống rất lâu.

Ví dụ nhiều con con ong chúa hàng ngày vẫn đẻ hàng trăm quả trứng, nhưng chúng vẫn sống tới hàng chục năm, trong khi những con ong cái không đẻ trứng sẽ chết sau vài tháng. Những con mối chúa cũng vậy, chúng có thể sống tới 20 năm và đẻ đều trong khi mối thợ vô sinh thì chết yểu.

Vậy điều gì đã khiến những con ong chúa, kiến chúa và mối chúa thoát ra khỏi quy luật sinh đẻ và lão hoá của tự nhiên?

Đi tìm bí quyết đẻ nhiều mà vẫn trẻ lâu

Một vài năm trước, một nhóm các nhà sinh học quốc tế đã bắt đầu đi sâu vào nghiên cứu bí ẩn của những loài côn trùng. Họ nhận ra ngay cả các mã DNA cũng không thể giải thích sự trẻ trung và tuổi thọ bất thường của ong chúa so với ong thợ.

Tất cả những con ong thợ khi sinh ra đều là con gái của ong chúa. Một trong số chúng sau đó sẽ được chọn để trở thành ong chúa tiếp theo, do đó, về mặt di truyền chúng chẳng có gì khác biệt nhau.

Các nhà khoa học cho rằng hẳn phải có một áp lực chọn lọc đang giúp ong chúa sống lâu hơn ong thợ. Là con duy nhất trong đàn có khả năng đẻ trứng, việc duy trì số lượng, dân số và quy mô đàn đặt cả lên ong chúa. Nó chính là con đẻ ra những con ong thợ, ong đực và cả những con ong chúa tiếp theo.

Do đó, hẳn phải có một cơ chế tiến hóa cho phép chúng vừa đẻ nhiều vừa sống thọ. Nhưng cơ chế đó là gì? Bằng việc nghiên cứu loài ruồi giấm, các nhà khoa học hiện đã có được một số manh mối.

Việc chọn đẻ nhiều hay sống thọ ở loài ruồi này là một chiếc công tắc mắc ở mạch rẽ nhánh.

Cụ thể, họ thấy những con ruồi giấm Drosophila melanogaster có thể kéo dài tuổi thọ một cách đáng kể nếu thường xuyên bị bỏ đói. Nhưng bù lại, những con ruồi giấm này sẽ đẻ ít trứng hơn.

Như vậy, việc chọn đẻ nhiều hay sống thọ ở loài ruồi này là một chiếc công tắc mắc ở mạch rẽ nhánh. Khi một nhánh của công tắc bật, nhánh còn lại phải tắt.

Từ nghiên cứu đó, các nhà khoa học cũng tìm ra một mạng lưới các gene có khả năng cảm nhận sự hiện diện của chất dinh dưỡng. Các gene này được kích hoạt bằng nồng độ axit amin và carbohydrate có trong chế độ ăn.

Khi thức ăn khan hiếm, chúng sẽ biết để truyền tín hiệu làm chậm quá trình sinh sản, đồng thời tăng tuổi thọ cho động vật bằng cách đầu tư năng lượng vào các quá trình sửa chữa mô.

Mục đích là để duy trì tuổi thọ cho con vật đợi được tới ngày có nguồn thức ăn dồi dào hơn, khi đó chúng mới sinh sản trở lại. Trong một số thí nghiệm, các nhà khoa học đã có thể kéo dài tuổi thọ cho những con ruồi này bằng cách tắt các gene cảm nhận chất dinh dưỡng của chúng.

Nếu giả thuyết của các nhà khoa học là đúng, tốc độ lão hoá ở côn trùng không phải là một hằng số. Nó có thể là một biến số phụ thuộc vào môi trường và cách loài côn trùng tối đa hoá tài nguyên mà chúng có được. Khi nguồn tài nguyên dồi dào, côn trùng sẽ kích hoạt mùa sinh sản của chúng. Khi tài nguyên hạn chế, nó đi vào cơ chế bảo trì để có thể sống lâu hơn.

Điều gì sẽ xảy ra khi các nhà khoa học ép ong thợ đẻ trứng?

Chúng ta biết ong thợ là những con ong cái trong đàn nhưng chúng đã hi sinh khả năng đẻ trứng tự nhiên của mình để làm nhiệm vụ bảo mẫu. Ong thợ có thể cống hiến cả cuộc đời của mình chỉ để chăm sóc ong chúa và con của ong chúa, những đứa cháu phải gọi chúng bằng dì hoặc bà dì.

Nhưng có một hiệu ứng kỳ lạ xảy ra, khi bạn bắt cóc ong chúa ra khỏi tổ, những con ong thợ sẽ kích hoạt lại buồng trứng đã ngủ quên của mình. Lúc này, ong thợ cũng có thể đẻ trứng.

Điều này không nhất thiết biến ong thợ thành ong chúa, nhưng các thí nghiệm đã chỉ ra ong thợ sau khi đẻ trứng cũng có được một số khả năng đặc biệt mà thông thường chỉ ong chúa mới có.

Ví dụ, trong một nghiên cứu được công bố vào năm 2021, các nhà nghiên cứu tại Đại học Bắc Carolina Greensboro đã phát hiện những con ong thợ đẻ trứng có khả năng đề kháng rất cao với một chủng virus nguy hiểm.

Chúng cũng có khả năng kháng paraquat, một loại thuốc diệt cỏ có thể phá hủy protein, DNA và các thành phần khác của tế bào. Thiệt hại kiểu này cũng xuất hiện trong quá trình lão hoá của cơ thể các loài côn trùng như ong, nhưng là bởi các chất thải tiết ra từ quá trình trao đổi chất.

Khi mở rộng đối tượng nghiên cứu sang kiến và mối, các nhà khoa học đã phát hiện một số gene đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh sản, và các gene này sẽ hoạt động khác nhau trong cơ thể con chúa so với những cá thể vô sinh.

Một số gene mang các chỉ dẫn để tạo ra một protein gọi là vitellogenein, protein này thì có mặt trong các cá thể chúa ở tất cả các loài côn trùng từ ong, tới mối, tới kiến. Vai trò chính của vitellogenein là hỗ trợ sản xuất lòng đỏ trứng. Nhưng một số nhà khoa học nghi ngờ protein này còn có thể còn kiêm nhiệm thêm nhiều chức năng hơn nữa.

Ít nhất ở loài ong mật, các thử nghiệm đã cho thấy vitellogenein đóng vai trò như một chất chống oxy hóa. Nếu vitellogenein cũng có tác dụng tương tự ở các loài côn trùng xã hội khác, chúng có thể góp phần vào khả năng chống lão hoá cho con chúa ở những loài này.

Những chiến lược tiềm ẩn khác nhau giữa các loài

Judith Korb, một nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Freiburg ở Đức cho biết ngoài các yếu tố chung như vitellogenein, các loài côn trùng xã hội khác nhau cũng có các chiến lược chống lão hóa và kéo dài tuổi thọ khác nhau cho con chúa trong đàn.

Chẳng hạn như Korb đang nghiên cứu một loài mối tên là Cryptotermes secundus, hay còn gọi là mối gỗ khô. Chúng có đặc điểm là không bao giờ rời khỏi tổ, chỉ khoét lỗ và làm nhà trên thân cây chết. Những con mối này ăn gỗ mục bên trong nên những con mối thợ cũng không phải vất vả đi kiếm ăn.

Chúng vì vậy có thể tự do phát triển, thậm chí duy trì khả năng sinh sản của mình để sẵn sàng đi chiếm các thân cây khác và đẻ ra một thuộc địa mới của riêng mình. Lúc này, con mối thợ sẽ tự chúng trở thành mối chúa.

Mối Cryptotermes secundus không bao giờ rời khỏi tổ, chỉ khoét lỗ và làm nhà trên thân cây chết.

Trong quá trình tìm hiểu loài mối Cryptotermes secundus, Korb và các đồng nghiệp đã phát hiện ra khi những con mối thợ còn trẻ và không sinh sản, các gene liên quan đến quá trình chống lão hóa của chúng sẽ hoạt động tích cực hơn. Nhưng khi chúng già đi và trưởng thành về mặt sinh sản, hoạt động của các gene đó sẽ giảm xuống: Trọng tâm bây giờ chủ yếu là sinh sản.

Ở loài này, mối thợ có thể sống vài năm, trong khi mối chúa có thể tồn tại một thập kỷ hoặc lâu hơn thế. Đó rõ ràng là một sự chênh lệch lớn giữa tuổi thọ của mối thợ Cryptotermes secundus và mối chúa trong đàn.

Nhưng mối thợ Cryptotermes secundus vẫn còn sống lâu hơn nhiều mối thợ đến từ các loài khác. Chẳng hạn như mối chúa Macrotermes bellicosus có thể sống hơn 20 năm nhưng mối thợ của loài này chỉ sống thọ được vài tháng. Vấn đề là mối thợ Macrotermes bellicosus thì không thể đẻ, và chúng chịu số phận vô sinh trong suốt phần đời ngắn ngủi của mình.

Korb cho biết nguồn gốc của những sự chênh lệch này đến từ một nhóm các gene ngăn ngừa tổn thương do oxy hóa, hoặc những gene cho phép mối chúa tự sửa chữa những tổn thương trong cơ thể chúng.

Nhưng mỗi loài lại có các gene hoạt động theo cách khác nhau. Các nhà khoa học cũng đã kiểm tra mạng lưới gene cảm nhận chất dinh dưỡng đang giúp ruồi giấm tăng tuổi thọ, nhưng họ đã không tìm thấy mô hình hoạt động của chúng giống như loài mối.

Tuy nhiên, một phát hiện mới lại cho thấy có sự khác biệt trong hoạt động của các gene liên quan đến quá trình sản xuất hormone vị thành niên, một phân tử liên quan đến việc tổ chức lại cơ thể của hầu hết các loài côn trùng trưởng thành.

Các nhà khoa học phỏng đoán có lẽ cùng một loại hormone cho phép côn trùng trưởng thành cũng có thể giúp chúng trì hoãn quá trình lão hóa. Nhưng một lần nữa, chính xác các gene liên quan đến hormone vị thành niên này cũng lại được điều chỉnh tăng hoặc giảm khác nhau giữa các loài côn trùng.

 Quá trình cân bằng giữa tuổi thọ và sinh sản ở các loài này linh hoạt hơn nhiều so với chúng ta từng nghĩ.

Đối với Korb, sự đa dạng ấy phản ánh một bản chất của quá trình lão hóa: Không có một nút bấm hoặc một chiếc công tắc riêng biệt nào có thể cho phép tất cả các loài côn trùng xã hội lựa chọn sẽ trẻ lâu, sống thọ hay đẻ nhiều.

Thay vào đó, quá trình cân bằng giữa tuổi thọ và sinh sản ở các loài này linh hoạt hơn nhiều so với chúng ta từng nghĩ. Mỗi loài lại có một giải pháp khác nhau, tùy vào môi trường sống tự nhiên và xã hội của chúng.

Do vậy, không một loài sinh vật nào có thể dạy cho con người mọi thứ. Chúng ta phải học tập chúng từng chút một, nếu cũng muốn đi tìm cho mình những liều thuốc trẻ hóa và trường thọ.

• Chiếc máy độc nhất vô nhị cắt bánh tròn thành miếng bằng nhau, không lệch cm nào
• Bí kíp khiến hàng triệu con cá thi nhau lao về phía bờ ao
• Thiết kế máy bay "2 trong 1" có tốc độ lên tới 1.127km/h