Bí mật di truyền của các loài động vật sống lâu nhất

Có lẽ ai trong số chúng ta cũng từng nghe về khái niệm lão hóa, bởi vì nó xảy ra ngay trên cơ thể của chính chúng ta và những người khác. Các dấu hiệu của lão hóa có thể kể đến như da chùng xuống, tóc bạc, các khớp cứng lại và phát ra tiếng kêu,….Tất cả những dấu hiệu này cho thấy các thành phần cấu tạo của cơ thể bao gồm protein và nhiều phân tử sinh học khác đã không còn hoạt động tốt như lúc ban đầu. Do đó, chúng ta dễ mắc các bệnh mãn tính như ung thư, Alzheimer, tiểu đường,.. và khi tuổi càng cao, nguy cơ tử vong qua mỗi năm của chúng ta càng tăng lên.

“Khi bạn sống, bạn tạo ra những tổn thương bên trong cơ thể ở cấp độ phân tử. Những tổn thương này tích lũy dần theo thời gian. Về bản chất, đây là sự lão hóa”, Vadim Gladyshev, chuyên gia về lão hóa tại Đại học Y khoa Harvard, cho biết.

Quá trình lão hóa xảy ra nhanh hơn đối với một số loài động vật. Thông thường, những động vật lớn hơn có xu hướng sống lâu hơn những động vật nhỏ hơn. Nhưng ngay cả khi tính đến yếu tố kích thước cơ thể, tuổi thọ giữa các loài động vật lớn tương đương nhau vẫn có sự khác biệt đáng kể. Ví dụ, một con chuột nhà chỉ sống được hai hoặc ba năm, trong khi đó chuột chũi trụi lông – một loài gặm nhấm có kích thước tương tự – sống tới hơn 35 năm. Con người sống lâu gấp đôi so với tinh tinh, họ hàng gần nhất của chúng ta.

Myotis brandtii là loài dơi sống lâu nhất được biết đến cho đến nay. Mặc dù kích thước của dơi Myotis brandtii chỉ bằng 1/3 so với một con chuột, nhưng tuổi thọ tối đa của nó lên tới 41 năm. Đây là sự chênh lệch rất lớn giữa khối lượng cơ thể và tuổi thọ. “Nó tương đương với tuổi thọ từ 240 năm đến 280 năm của con người [nếu tính theo kích thước cơ thể], với rất ít hoặc không có dấu hiệu lão hóa. Những con dơi này thật phi thường, và câu hỏi đặt ra là tại sao chúng sống lâu như vậy?”, Emma Teeling, nhà sinh vật học tại Đại học College Dublin (Ireland), cho biết.

Trên thực tế, câu hỏi của Teeling có thể được chia nhỏ thành hai nội dung nhỏ hơn. Thứ nhất: Lý do tiến hóa nào khiến một số loài sống lâu, trong khi những loài khác thì không. Thứ hai: Các thủ thuật di truyền và trao đổi chất cho phép chúng thực hiện điều đó là gì?

Với những khám phá gần đây của các nhà khoa học, câu trả lời cho câu hỏi đầu tiên đang trở nên khá rõ ràng. Mức năng lượng mà một loài dùng để ngăn ngừa hoặc sửa chữa những tổn thương bên trong tế bào phụ thuộc vào khả năng một cá thể tồn tại đủ lâu để hưởng lợi từ tất cả các hoạt động sửa chữa này. “Các loài động vật muốn đầu tư năng lượng để cơ thể không bị hủy hoại quá nhanh, nhưng chúng không muốn đầu tư quá mức”, Tom Kirkwood, nhà sinh học tại Đại học Newcastle (Anh), nhận định.

Điều này ngụ ý rằng một động vật gặm nhấm nhỏ xíu như chuột sẽ không thu được nhiều lợi ích bằng cách đầu tư phần lớn năng lượng vào việc sửa chữa tổn thương tế bào, vì dù sao chúng có thể trở thành bữa ăn trưa của kẻ săn mồi trong vòng vài tháng. Mức đầu tư năng lượng thấp hơn có nghĩa là chúng sẽ già đi nhanh hơn. Ngược lại, các động vật lớn như cá voi và voi ít bị tổn thương hơn trước sự săn mồi hoặc những tác động ngẫu nhiên khác. Chúng có khả năng tồn tại đủ lâu để gặt hái lợi ích từ việc đầu tư nhiều năng lượng để sửa chữa cơ thể.

“Không có gì ngạc nhiên khi các nhóm động vật như chim và dơi có thể thoát khỏi kẻ thù bằng cách bay có xu hướng sống lâu hơn so với kích thước của chúng”, Kirkwood nói. “Điều này cũng áp dụng đối với những con chuột chũi trụi lông. Chúng sống trong các hang dưới lòng đất, nơi gần như an toàn trước những kẻ săn mồi”.

Nhưng câu hỏi mà các nhà nghiên cứu muốn trả lời nhất là: “Làm thế nào các loài sống lâu có thể trì hoãn sự lão hóa?”. Bí mật đang dần được hé lộ khi họ so sánh các loài khác nhau về tuổi thọ. Họ phát hiện ra rằng, các loài sống lâu tích lũy những tổn thương ở cấp độ phân tử chậm hơn so với loài có tuổi thọ ngắn hơn.

Ví dụ, chuột chũi trụi lông có ribosome – cấu trúc bên trong tế bào chịu trách nhiệm lắp ráp protein – hoạt động với mức độ chính xác cao đáng kinh ngạc. Nó chỉ mắc 1/10 số lỗi so với ribosome bình thường, theo nghiên cứu của nhà sinh học Vera Gorbunova và các cộng sự tại Đại học Rochester (Mỹ). Điều này xảy ra không chỉ ở chuột chũi. Trong một nghiên cứu khác so sánh 17 loài gặm nhấm có tuổi thọ khác nhau, nhóm của Gorbunova nhận thấy những loài sống lâu hơn có xu hướng sở hữu các ribosome hoạt động chính xác hơn.

“Protein của chuột chũi trụi lông cũng ổn định hơn so với protein của các loài động vật có vú khác”, Rochelle Buffenstein, nhà nghiên cứu tại bộ phận phụ trách công nghệ sinh học Calico Labs của Google, cho biết. “Tế bào chuột chũi trụi lông chứa số lượng lớn của chaperones, loại phân tử giúp protein gấp lại một cách chính xác. Chúng cũng có các proteasomes – cấu trúc giúp loại bỏ protein bị lỗi – hoạt động mạnh mẽ và chính xác hơn”.

Tế bào bật và tắt gene vào đúng thời điểm và địa điểm bằng cách gắn một thành phần hóa học gọi là nhóm methyl vào các vị trí kiểm soát hoạt động của gene. Nhóm hóa học này, còn được gọi là dấu hiệu biểu sinh, có xu hướng hoạt động ngẫu nhiên hơn theo thời gian, dẫn đến hoạt động của gene trở nên kém chính xác. Nhà di truyền học Steve Horvath tại Đại học California, Los Angeles (UCLA) phát hiện ra rằng chúng ta có thể đánh giá tình trạng của 800 vị trí methyl hóa nằm rải rác trên bộ gene để ước tính tuổi thọ của một cá thể so với tuổi thọ tối đa của loài. Các dấu hiệu biểu sinh của động vật có vú sống lâu mất nhiều thời gian hơn để thoái hóa, điều này nghĩa là gene của chúng có khả năng hoạt động tốt trong thời gian dài.

Ví dụ đối với những con dơi, loài dơi sống lâu nhất thường có tốc độ thay đổi metyl hóa chậm nhất, trong khi các loài có tuổi thọ ngắn có tốc độ thay đổi metyl hóa nhanh hơn.

Tất cả các loài động vật có vú sống lâu cần phải trì hoãn sự khởi phát của bệnh ung thư. Voi làm điều này bằng cách tạo ra nhiều bản sao của các gene có khả năng ức chế khối u bên trong mỗi tế bào. Chuột chũi trụi lông sở hữu khả năng chống lại bệnh ung thư nhờ một phân tử đặc biệt liên quan đến việc gắn kết các tế bào với nhau, trong khi đó cá voi đầu cong đã cải thiện các con đường tự sửa chữa DNA của chúng.