Quá trình tiến hóa của ếch Chernobyl cho thấy động vật thích nghi khi sống chung với bức xạ

Phân tích màu da lưng của hơn 200 con ếch đực được bắt trong 12 ao nuôi khác nhau.
Quá trình tiến hóa của ếch Chernobyl cho thấy động vật thích nghi khi sống chung với bức xạ
Ếch xanh. Nguồn: Richard Clark / iStock

Vụ tai nạn tại lò phản ứng số 4 của Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl năm 1986 đã tạo ra lượng phóng xạ thải ra môi trường lớn nhất trong lịch sử loài người. Tác động của việc phơi nhiễm cấp tính với liều lượng bức xạ cao là rất nghiêm trọng đối với môi trường và dân số. Nhưng hơn 3 thập kỷ sau vụ tai nạn, Chernobyl đã trở thành một trong những khu bảo tồn thiên nhiên lớn nhất châu Âu. Ngày nay, một loạt các loài có nguy cơ tuyệt chủng đang tìm nơi ẩn náu, bao gồm gấu, chó sói và linh miêu.

Bức xạ có thể làm hỏng vật liệu di truyền của các sinh vật sống và tạo ra các đột biến không mong muốn. Tuy nhiên, một trong những chủ đề nghiên cứu thú vị nhất ở Chernobyl là cố gắng phát hiện xem một số loài có thực sự thích nghi để sống chung với bức xạ hay không. Cũng như các chất ô nhiễm khác, bức xạ có thể là một yếu tố chọn lọc rất mạnh, tạo điều kiện cho các sinh vật có cơ chế tăng khả năng sống sót của chúng trong các khu vực bị ô nhiễm chất phóng xạ.

Bảo vệ melanin chống lại bức xạ
Công việc của chúng tôi ở Chernobyl bắt đầu vào năm 2016. Năm đó, gần lò phản ứng hạt nhân bị hư hỏng, chúng tôi phát hiện một số loài ếch cây phương Đông (Hyla orientalis) có màu đen bất thường. Loài này thường có màu lưng xanh lục sáng, mặc dù đôi khi có thể tìm thấy các cá thể sẫm màu hơn.

Melanin là nguyên nhân gây ra màu tối của nhiều sinh vật. Điều ít được biết đến là lớp sắc tố này cũng có thể làm giảm tác động tiêu cực của bức xạ tia cực tím. Và vai trò bảo vệ của nó cũng có thể mở rộng đến bức xạ ion hóa, như nó đã được chứng minh với nấm. Melanin hấp thụ và tiêu tán một phần năng lượng bức xạ. Ngoài ra, nó có thể quét và trung hòa các phân tử ion hóa bên trong tế bào, chẳng hạn như các loại oxy phản ứng. Những hành động này làm giảm khả năng những người tiếp xúc với bức xạ bị tổn thương tế bào và tăng cơ hội sống sót của họ.

Màu sắc của ếch cây Chernobyl
Sau khi phát hiện những con ếch đen đầu tiên vào năm 2016, chúng tôi quyết định nghiên cứu vai trò của màu sắc melanin trong động vật hoang dã Chernobyl. Từ năm 2017 đến năm 2019, chúng tôi đã kiểm tra chi tiết màu sắc của ếch cây phương Đông ở các khu vực khác nhau của miền bắc Ukraine.

Trong ba năm đó, chúng tôi đã phân tích màu da lưng của hơn 200 con ếch đực bị bắt trong 12 ao nuôi khác nhau. Các địa phương này được phân bố dọc theo một dải ô nhiễm phóng xạ rộng. Chúng bao gồm một số khu vực phóng xạ nhiều nhất trên hành tinh, nhưng cũng có bốn khu vực bên ngoài Khu vực Loại trừ Chernobyl và với mức bức xạ nền được sử dụng làm vùng kiểm soát.

Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy ếch cây Chernobyl có màu sẫm hơn nhiều so với những con ếch bị bắt trong các khu vực kiểm soát bên ngoài khu vực. Như chúng tôi đã phát hiện ra vào năm 2016, một số có màu đen như mực. Màu sắc này không liên quan đến mức độ bức xạ mà loài ếch trải qua ngày nay và chúng ta có thể đo được ở tất cả các cá thể. Màu tối là đặc trưng của ếch từ bên trong hoặc gần khu vực bị ô nhiễm nhất tại thời điểm tai nạn.

Các phản ứng tiến hóa ở Chernobyl
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng ếch Chernobyl có thể đã trải qua một quá trình tiến hóa nhanh chóng để phản ứng với bức xạ. Trong trường hợp này, những con ếch có màu sắc sẫm hơn vào thời điểm xảy ra tai nạn, thường chiếm thiểu số trong quần thể của chúng.

Những con ếch tối sẽ sống sót sau bức xạ tốt hơn và sinh sản thành công hơn. Hơn mười thế hệ ếch đã trôi qua kể từ khi vụ tai nạn xảy ra và quá trình chọn lọc tự nhiên cổ điển, mặc dù rất nhanh, có thể giải thích tại sao những loài ếch đen này hiện là loài thống trị đối với các loài trong vùng loại trừ Chernobyl.

Nghiên cứu về loài ếch đen Chernobyl là bước đầu tiên để hiểu rõ hơn về vai trò bảo vệ của melanin trong môi trường bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm phóng xạ. Ngoài ra, nó còn mở ra cánh cửa cho các ứng dụng đầy hứa hẹn trong các lĩnh vực đa dạng như quản lý chất thải hạt nhân và thăm dò không gian.

Chúng tôi hy vọng cuộc chiến hiện tại ở Ukraine sẽ sớm kết thúc và cộng đồng khoa học quốc tế sẽ có thể cùng các đồng nghiệp Ukraine trở lại nghiên cứu các quá trình tiến hóa và hấp dẫn của hệ sinh thái Chernobyl.

Nhựt Thanh
Theo Interesting engineering
CÙNG CHUYÊN MỤC
ĐỌC THÊM