Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối?

Thanh Long,   Theo Pháp luật & Bạn đọc 10/19/2021 8:29 PM

Các khu vực nhiệt đới cận xích đạo sẽ trở nên đông đúc hơn, bởi người dân trên toàn thế giới sẽ di cư về đó, nơi có nhiều ánh nắng.

Người màu xanh lá thường xuất hiện trong rất nhiều bộ phim khoa học viễn tưởng. Chúng ta có Hulk trong Biệt đội Avenger, Gamora trong Vệ binh dải ngân hà và Hera Syndulla trong Star Wars. Nhưng tại sao bản thân loài người chúng ta lại không có da màu xanh lá cây?

Suy cho cùng, phần lớn sự sống trên Trái Đất đang phụ thuộc vào sắc xanh đó, hay nói chính xác là màu của lục lạp thứ đem lại khả năng quang hợp cho thực vật. Một số loài động vật cũng phát triển các chiến lược thu nạp năng lượng Mặt Trời để sinh tồn, đáng tiếc lại không bao gồm động vật bậc cao như thú có vú và con người chúng ta.

Bây giờ, hãy thử lật ngược lại vấn đề để tìm hiểu lý do tại sao chúng ta không thể quang hợp? Và nếu như chúng ta thực sự có thể, thì điều gì sẽ xảy ra?

Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 1.
Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 2.

Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối?

Nguồn gốc của màu xanh lá cây

Hãy nhìn vào thành phần của một lon Mirinda Soda kem, bạn sẽ biết được màu xanh lá cây của thứ thức uống này đến từ đâu. Nó thực chất được pha từ tartrazin 102 (C16H9N4Na3O9S2 - một loại phẩm màu vàng có nguồn gốc từ dầu mỏ) và Brilliant Blue FCF (C37H34N2Na2O9S3 - một loại phẩm màu xanh dương có nguồn gốc từ than đá).

Đó là cách mà chúng ta pha màu xanh nhân tạo cho cuộc sống của mình, kể từ khi Green S (C27H25N2O7S2Na - một loại phẩm màu có nguồn gốc từ than đá khác tạo ra màu xanh lá cây trực tiếp) bị cấm.

Khác với màu xanh của con người được trích xuất từ màu đen của than đá và dầu mỏ, màu xanh có trong tự nhiên được tạo ra từ sự phản xạ ánh sáng của chlorophyll (C55H72O5N4Mg), hay còn gọi là chất diệp lục. Đây thực sự là một nhóm hóa chất có nhiều công thức phân tử khác nhau, xuất hiện trong tế bào của thực vật, tảo và vi khuẩn lam.

Các chất diệp lục tập trung chủ yếu ở lục lạp, một bào quan giúp cho các sinh vật này có thể quang hợp, hay chuyển năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học lưu trữ trong ATP. ATP còn được gọi là đồng tiền năng lượng trong tế bào. Bởi chỉ có thông qua ATP, tế bào mới sử dụng được thế năng hóa học cất giấu trong các cấu trúc phân tử hữu cơ của nó.

Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 3.

Màu xanh của chất diệp lục dưới kính hiển vi.

Quay trở lại với diệp lục và lục lạp, nguồn gốc ban đầu của chúng được xác định là từ vi khuẩn lam chứ không phải thực vật. Hay nói cách khác, vi khuẩn lam chính là những nhà phát minh ra hiệu ứng quang hợp.

Trong một giả thuyết được gọi là nội cộng sinh, các nhà khoa học cho rằng tổ tiên của thực vật trên cạn đã bắt giữ vi khuẩn lam rồi chiếm lấy lục lạp của chúng. Song song với quá trình đó, thực vật cũng bắt giữ một vi khuẩn khác và chiếm lấy ty thể - bào quan giúp sản sinh đồng tiền năng lượng ATP từ đường glucose.

Các loài động vật thì chỉ tiến hóa lên từ nhánh vi khuẩn mang ty thể. Đó là lý do chúng ta không có lục lạp để quang hợp mà bắt buộc phải lấy năng lượng từ việc hấp thụ glucose. Mà glucose thì có ở đâu?

Nó được sinh ra từ quá trình trao đổi chất khi chúng ta tiêu hóa thức ăn: carbohydrate được phân giải thành glucose ở ruột non, chất béo và protein được chuyển thành glucose thông qua quá trình gluconeogenesis ở gan.

Không có khả năng quang hợp để tạo ra ATP, con người phải trồng rau, nuôi cá, dành một thời gian đáng kể trong ngày để vào bếp và ăn uống. Các loài động vật thì mất thời gian rình rập con mồi, hay nói cách khác, chúng đều phải vất vả kiếm ăn qua ngày thay vì chỉ đứng một chỗ và quang hợp như thực vật và tảo.

Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 4.
Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 5.

Mệt mỏi vì phải nấu rồi phải ăn thứ mình nấu ra, sao con người không phát triển khả năng quang hợp cho rồi?

Có một số ít loài động vật hấp thụ được năng lượng mặt trời - nhưng không phải con người chúng ta

Nếu bạn còn nhớ bài viết này, kể về những con sên biển ở Nhật Bản tự cắt đầu chúng rồi mọc lại toàn bộ cơ thể: Câu hỏi là chúng đã ăn để sống như thế nào khi chỉ còn đầu và cái miệng chứ toàn bộ đường tiêu hóa phía dưới đã biến mất?

Đáp án rất đơn giản, những con sên này biết quang hợp. Trong quá trình chúng sống và ăn tảo biển, những con sên đã hấp thụ lục lạp của tảo vào người mình để có một thân mình màu xanh lá cây. Các nhà khoa học gọi đó là quá trình cô lập lục lạp (Kleptoplasty).

Sau khi sên biển có được lục lạp, chúng có thể dùng diệp lục của tảo biển để biến ánh sáng mặt trời thành năng lượng, nuôi sống mình trong những ngày không có hệ tiêu hóa, và cũng là để đợi cho đường ruột mọc ra trở lại.

Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 6.

Những con sên biển này có thể tự cắt đầu rồi mọc lại toàn bộ cơ thể, vì chúng có thể sống nhờ quang hợp.

Ở trên cạn, chúng ta có loài rệp đậu (Acyrthosiphon pisum), loài động vật duy nhất cho tới thời điểm này tự tự sản sinh được sắc tố carotenoid hấp thụ quang màu xanh giống với tảo và vi khuẩn lam. Tuy nhiên, quá trình carotenoid giúp rệp đậu tạo ra năng lượng không hoàn toàn là quang hợp.

Chúng chỉ hấp thụ ánh sáng và dùng năng lượng ánh sáng đó kích hoạt các điện tử di chuyển trong tế bào để sản sinh năng lượng hóa học. Điều này có vẻ giống với loài ong bắp cày phương đông (Vespa Orientalis) cũng có các sắc tố màu vàng trên cơ thể hấp thụ ánh sáng và tạo ra dòng điện.

Một số loài động vật khác lại phát triển một chiến lược cộng sinh với thực vật hoặc vi khuẩn quang hợp. Chẳng hạn như san hô dựa vào vi khuẩn Zooxanthellae có khả năng quang hợp để có được đường. Ngược lại, chúng cung cấp cho vi khuẩn quang hợp các sản phẩm cần thiết như CO2, phosphat và các chất gốc Nitơ.

Tảo bám trên trứng của loài kỳ nhông đốm có thể cung cấp oxy cho con non phát triển. Bù lại, phôi thai kỳ nhông sẽ trả cho tảo các hợp chất Nitơ, một thứ mà chúng cần cho cuộc sống của mình.

Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 7.

Rệp đậu (Acyrthosiphon pisum) là loài động vật duy nhất tự sản sinh sắc tố carotenoid hấp thụ quang màu xanh.

Vậy nếu các loài động vật khác có thể bằng cách này hay cách khác thu được lợi từ quá trình quang hợp, tại sao con người chúng ta không phát triển một chiến lược nào đó để làm điều đó? Theo Lindsay Turnbull, một nhà sinh thái học thực vật tại Đại học Oxford ở Anh, vấn đề nằm ở sự hiệu quả.

Các loài thực vật có thể sống nhờ quá trình quang hợp vì chúng chỉ đứng một chỗ mà không hề vận động. Bằng cách này, thực vật sẽ tiết kiệm được một lượng lớn năng lượng mà chúng sử dụng hàng ngày.

Quang hợp cũng là một chiến lược thu nhận năng lượng cho hiệu quả thấp, vì vậy, các loài thực vật đều phải mọc ra các tán lá rất rộng để có thể hấp thụ nhiều ánh sáng hơn.

Ngược lại, diện tích bề mặt da của con người chúng ta rất nhỏ so với một cái cây có cùng kích thước. Theo Turnbull tính toán, một người phụ nữ nặng 60kg chỉ có diện tích bề mặt da trên cơ thể là 1,6 mét vuông.

Với nhu cầu năng lượng tương đương 700g glucose mỗi ngày, ngay cả với một làn da chứa đầy lục lạp thì người phụ nữ này cũng chỉ tạo ra được 1% nhu cầu năng lượng từ quang hợp. Để đáp ứng 100%, cô ấy phải có diện tích bề mặt da tương đương với một sân cỏ tennis.

Tại sao con người không có da xanh để quang hợp như cây cối? - Ảnh 8.

Một người phụ nữ sẽ cần có làn da rộng bằng cả một sân cỏ tennis nếu muốn quang hợp để sống được.

Ngoài ra, quá trình quang hợp còn cần đến carbon dioxide. Thực vật hấp thụ CO2 thông qua các lỗ chân lông trên lá gọi là khí khổng. Giả sử rằng con người cũng có thể quang hợp qua da, chúng ta sẽ phải thay lớp da mềm mại của mình thành một dạng xốp và rỗ để cho phép CO2 có thể đi trực tiếp vào phản ứng quang hợp, đồng thời cho hơi nước thoát ra từ đó.

Chúng ta, rõ ràng, cũng sẽ phải hạn chế mặc quần áo. Và John Scalzi, một tiểu thuyết gia khoa học viễn tưởng nói rằng có thể các khu vực nhiệt đới sẽ trở nên đông đúc hơn bởi người dân trên toàn cầu sẽ di cư về đó để tận hưởng ánh nắng mặt trời.

Trong một tiểu thuyết có tên là "Old Man's War", Scalzi từng mô tả những công nghệ được sử dụng để giúp con người có làn da xanh và quang hợp được. Ông cho biết mặc dù những người này không thể tạo ra 100% năng lượng từ quá trình quang hợp, nhưng "nó có thể cung cấp một nguồn năng lượng bổ sung và tối ưu hóa cách cơ thể bạn sử dụng oxy và CO2".

"Kết quả: Bạn sẽ thấy tươi hơn – có thể thực hiện các nhiệm vụ của mình trong thời gian dài hơn với kết quả tốt hơn", Scalzi nói. Tuy nhiên, ông cho biết có một số hệ quả sẽ xảy ra với con người được chỉnh sửa để có da xanh và quang hợp. Đó là cảm giác của họ.

"Tôi nghi ngờ rằng họ lúc nào cũng có cảm giác như người nghiện caffeine. Họ sẽ thức dậy mỗi sáng, nhưng thay vì nói "Tôi cần một tách cà phê" thì họ sẽ nói "Tôi cần một chút ánh nắng"", Scalzi nói

Tham khảo Theconversation, Livescience, Smithsonianmag

Tin cùng chuyên mục
Xem theo ngày

NỔI BẬT TRANG CHỦ