Tại sao một số loài động vật sở hữu nọc có độc tính cao đến mức chính chúng cũng không dùng được?

Chúng ta đều đã từng nghe những câu chuyện về những con rắn, sứa hay bọ cạp với loại độc chết người. Thế nhưng, tại sao những động vật này lại có nọc độc đến vậy, khi mà dường như những chất độc này có vẻ như chẳng mấy hữu dụng với chúng?

Tôi đang mơ màng tản bộ trong Công viên Quốc gia Corcovado tươi đẹp thuộc địa phận Costa Rica thì bỗng cảm thấy cánh tay của hướng dẫn viên đập vào ngực mình. “Dừng lại!” - anh ta kêu lên, chỉ vào một thứ đang lẩn khuất trong lớp cát: “Rắn biển.”

Khi đang cảnh giác theo dõi con rắn biển bụng vàng, một mẩu câu đố từ khi còn nhỏ hiện lên trong đầu tôi. “Rắn biển,” - tôi hồi trẻ nhắc nhở, “- là loại rắn nguy hiểm nhất. Cậu phải thật cẩn thận.”. Dù mệnh đề này có đôi chút phóng đại, nhưng thực tế đúng là một số loài rắn biển cực kì độc. Một vài loài rắn độc trên cạn cũng độc như vậy, ví dụ như một vết cắn của loài rắn taipan nội địa chứa lượng độc đủ để giết chết 250.000 con chuột. Và không chỉ loài rắn có thứ “sức mạnh” này. Một giọt chất độc từ loài sò nón có thể làm chết 20 người. Một vết đốt của loài sứa hộp có thể gây ngưng tim và dẫn đến tử vong trong khoảng thời gian tính bằng phút. 

Tất cả những điều này gợi lên một câu hỏi: tại sao những loài động vật này lại sở hữu thứ vũ khí mạnh tới mức có thể sát hại hàng tá con mồi trong khi chúng chỉ sử dụng trong những tình huống một đối một, hơn nữa là khi chúng không bao giờ có chủ đích săn con mồi cỡ lớn như con người?

Điều này làm tôi nhớ lại một câu chuyện truyền miệng về một loài nhện, rằng chúng sở hữu loại độc mạnh nhất mà con người biết đến, nhưng chẳng để làm gì bởi chúng không có phương tiện để truyền ra chất độc ấy. Dù chỉ là một câu chuyện tầm phào (nhiều người vẫn tin vào điều này, nhưng chương trình MythBusters đã đập tan nó), nhưng không phải là nó không có ý nghĩa. Những loại độc tố mạnh nhất dường như không có ý nghĩa gì với quá trình tiến hóa. 

Một con rắn biển bụng vàng (Pelamis platura)

Lí do một loài động vật sở hữu vũ khí độc thì lại rất đơn giản. Độc tố là phương tiện giải quyết con mồi mà không cần phải mạo hiểm tranh đấu. Hơn nữa, sử dụng độc cũng là một chiến thuật phòng thủ hiệu quả. 

Tuy thế, điều lạ lùng là mức độ dư thừa độc tố tìm thấy trong tự nhiên. Tại sao một con rắn có khả năng giết hàng trăm nghìn con chuột trong mỗi vết cắn? Điều này càng trở nên khó hiểu khi chúng ta cân nhắc đến độ “đắt đỏ” của thứ vũ khí như độc tố. Nọc độc thường chứa hỗn hợp các chất độc gốc protein, với khả năng phối hợp nhằm phá hủy các cơ quan nội tạng. Một loại nọc rắn có thể chứa một thành phần ngăn máu đông, và một thành phần khác có khả năng phá vỡ mạch máu. Kết quả của sự phối hợp này thế nào thì chắc bạn đã có thể đoán được. 

Quá trình tổng hợp protein tiêu hao lượng năng lượng đáng kể, nhưng điều đó vẫn là chưa đủ để ngăn sự tiến hóa, phát triển của những loại động chứa hàng ngàn peptit và protein, ngay cả khi lượng tiêu hao đó là khá lớn với những loài động vật chứa độc như thế.

Ở một mức độ nào đó, một số động vật chứa độc thực ra có tính toán những tiêu hao này. Rất khó để chúng ta có thể thí nghiệm trực tiếp, nhưng có vẻ như một số loài rắn biết cách điều chỉnh lượng độc tiết ra dựa vào kích thước của con mồi, với mục đích tránh lãng phí độc. Xa hơn, một thí nghiệm thực hiện trên loài rắn hang đã cho thấy có sự gia tăng 11% mức độ hoạt động trao đổi chất sau khi tiết độc. Điều này chỉ ra có sự liên quan giữa sự gắng sức vật lý với quá trình sản xuất chất độc.

Một con rắn đuôi chuông thảo nguyên (Crotalus viridis)

Dù vậy, dưới góc nhìn cổ điển về chọn lọc tự nhiên, có thể thấy những đặc tính “đắt đỏ” (về mặt sinh học) như thế này sẽ bị loại bỏ trừ khi chúng tuyệt đối cần thiết. Điều tương tự thực tế đã xảy ra với một số loài: sau khi quay trở thực đơn chính là trứng, loài rắn biển vân cẩm thạch đã mất khả năng sản xuất độc tố. 

Tuy thế, vẫn hiện hữu thực trạng là có rất nhiều loài động vật trên Trái Đất chứa những hỗn hợp độc tố đắt đỏ trong răng nanh, ngạnh hay gai mà có vẻ mạnh hơn nhiều so với mức cần thiết. Tại sao lại như vậy? 

Theo quan điểm truyền thống, lượng độc tố cao là kết quả của việc sự tiến hóa đã bù đắp cho những thiếu hụt của các loài động vật này ở những mặt khác. Bất cứ cư dân sa mạc nào cũng có thể cho bạn biết điều này: khi nói về loài bọ cạp, không phải những con to và trông dữ dằn mà bạn phải dè chừng những con trông có vẻ nhỏ hơn, ví dụ như loài bọ cạp tử thần (deathstalker) - loài bọ cạp nguy hiểm nhất trên thế giới.  

Deathstalker.

 “Loài sứa hộp cũng là một ví dụ tốt.”, ông Yehu Moran, nhà nghiên cứu từ Đại học Do Thái Jerusalem cho biết. Gần đây, ông và đồng nghiệp Kartik Sunagar đã cùng nhau thực hiện một thống kê các chọn lọc tự nhiên hoạt động với độc tố ở các giống động vật có độc. Ông nói tiếp: “Chúng rất mong manh, và những con cá với cơ bắp của chúng có thể khiến sứa hộp vỡ nát từ bên trong khi sứa cố ăn thịt cá. Chính vì vậy, chất độc phải đạt hiệu quả 100% và gây ra cái chết thật nhanh.”

Trong tự nhiên, nếu kẻ săn mồi có kích thước nhỏ, yếu hoặc chậm chạp, thì điều sống còn là chất động phải có khả năng vô hiệu hóa con mồi gần như ngay tức khắc để tránh việc con mồi bỏ trốn hay xảy ra tranh đấu. Ở những trường hợp như vậy, cũng dễ hiểu khi hàm lượng độc tố cao là lựa chọn tối ưu. 

Một con sứa hộp có độc (Carukia barnesi) đang tiêu hóa hai con cá.

Nghe có vẻ không liên quan, nhưng đâu đó cũng có tồn tại bài toán kinh tế. Loài rắn taipan nội địa sống ở vùng hoang mạc cằn cỗi trung tâm nước Úc, và lý do cho việc chất độc mang tới cái chết tức thời và chắc chắn rất dễ hiểu. Ở vùng hoang mạc phải ăn bữa nay lo bữa mai, con rắn không đủ dư dả để có thể cho phép bất cứ con mồi nào chạy thoát. 

Nhưng ngay cả vậy, thứ độc mạnh tới mức có thể giết 250.000 con chuột trong một nhát cắn vẫn có vẻ hơi dư thừa. Trả lời về con số này, một chuyên gia về độc rắn tại Đại học Bangor, Vương quốc Anh, ông Wolfgang Wuster có câu trả lời khá đơn giản: “Đó là bởi vì chúng đâu có ăn những con chuột phòng thí nghiệm. Nhìn vào mức độ chết người của độc tố với những con chuột hoàn toàn không liên quan tới cách con rắn hoạt động ngoài thiên nhiên hoang dã.”

Phương pháp chủ yếu để đánh giá độc tính của nọc rắn là một thử nghiệm với tên gọi LD50 (lethal dose 50% - lượng độc cần thiết để làm chết một nửa nhóm vật thí nghiệm). Dù được sử dụng rộng rãi, nó cũng có những thiếu sót. Theo ông Robert Harrison, trưởng bộ phận nghiên cứu về rắn tại Trường Y học Nhiệt đới Liverpool, thì: “Mô hình sử dụng chuột cho phép thu lại dữ liệu tiêu chuẩn. Nhưng động vật có vú không phải lúc nào cũng ở trong chế độ ăn của chủ thể, thế nên độ độc xác định qua động vật có vú đơn giản chỉ là một thước đo được chuẩn hóa mà không có sự liên quan tới độ độc với các loài lưỡng cư, chân đốt hay chim chóc.”

Một con rắn taipan nội địa (Oxyuranus microlepidotus)

Hầu hết động vật có độc đều chỉ có một dải con mồi cụ thể khá hẹp, và chính những con mồi này sẽ định hình quá trình phát triển chất độc của chúng. Hệ quả là một cuộc chạy đua vũ trang đồng tiến hóa. Những con mồi phát triển khả năng kháng độc, để rồi lại phải đối mặt với loại nọc độc hơn xuất hiện từ kẻ săn mồi. 

Kinh ngạc trước số lượng chuột có thể bị giết bởi một cú cắn duy nhất bởi con rắn cũng … ngớ ngẩn như việc ngạc nhiên rằng một con báo cheetah có thể dễ dàng chạy nhanh hơn một con rùa cạn. Báo săn cheetah đơn giản là không tiến hóa để săn rùa cạn, và ngược lại thì loài rùa cạn cũng không tiến hóa để chạy thoát khỏi nanh vuốt của báo cheetah. Như ông Wuster cho biết: “Không có gì là độc tuyệt đối. Nếu bạn muốn biết một thứ độc đến mức độ nào, câu hỏi đầu tiên tôi sẽ hỏi bạn là: ‘đủ độc để làm tử vong thứ gì?’.”

Tất nhiên, việc thử nghiệm độc tố trên chuột không phải là vô nguyên cớ. Ông Harrison giải thích: “Khảo nghiệm kiểu này chủ yếu được thiết kế để kiểm tra mức độ độc trên động vật có vú - hay có thể nói là như chúng ta - nhằm mục đích tạo chất kháng nọc độc.”. Nhưng không phải loài động vật có vú nào cũng quá nhạy cảm với độc tính. Cầy mangut, sóc đất hay thậm chí cả một số loại nhím có khả năng sống sót sau khi bị cắn bởi một vài loại rắn nhất định - những vết cắn có thể là nguy hiểm đến tính mạng với con người. 

Một con nhím châu Âu (Erinaceus europaeus)

Ông Wuster tiếp tục kể: “Có một loài chuột ở Israel với cân nặng chỉ 20 gam có thể sống sót sau khi bị rắn độc có vảy (echis) cắn, loại vết cắn mà có thể khiến tôi hay anh chảy máu từ nhiều nơi và cần lập tức được chăm sóc cẩn thận. Tương tự như vậy, tôi sẵn sàng đặt cược vào việc có một loại chuột cực mạnh mẽ ở Australia với khả năng chịu được nọc độc rắn taipan.”

Loài “siêu chuột” ông Wuster nhắc đến có lẽ đã phát triển khả năng chống lại nọc độc từ vết rắn cắn bởi vì nó là một thành phần chủ chốt trong chế độ ăn của loại rắn đó. Một nghịch lý cũng tồn tại song song, đó là một số loài động vật lại đặc biệt dễ bị tổn thương bởi một số loại độc nhất định, đơn giản chỉ bởi chúng bị một số kẻ săn mồi có độc đưa vào tầm ngắm. Ví dụ như loài rắn độc có vảy echis chủ yếu ăn bọ cạp, và chúng đã sản xuất những loại nọc với hàm lượng độc tố cao hơn dành riêng cho bọ cạp. Một hội chứng tương tự cũng quan sát được ở loài rắn san hô, khi chúng có thể sản sinh loại nọc độc hơn hẳn cho những con mồi ưa thích - ví dụ như cá, loài gặm nhấm hay những con rắn khác. 

Ở những trường hợp như thế này, có vẻ như các loài con mồi không phải chịu áp lực tiến hóa để sinh tồn dưới tác động của chất độc, bởi trong môi trường sống của chúng, rắn độc không phải loài phổ biến. Nếu chúng phải đối mặt với sự tấn công từ nhiều kẻ săn mồi khác nhau, trong số đó rắn chỉ chiếm một phần nhỏ, thì chỉ có ít áp lực trong việc tiến hóa khả năng phòng vệ cụ thể với rắn - đặc biệt là khi đây là quá trình tốn nhiều năng lượng. 

Việc sản xuất nhiều loại chất độc khác nhau cũng gắn liền với sự tiến hóa của nọc độc. Càng nhiều thành phần khác nhau được thêm vào nọc, thì khả năng một loài con mồi miễn nhiễm với nó càng khó khăn hơn. Từ đó có thể thấy, những loại nọc độc phức tạp sẽ được ưu tiên hơn bởi chọn lọc tự nhiên. 

Trong nghiên cứu đã được công bố, Sunagar và Moran tìm ra rằng, đây chính xác là điều đã xảy ra với một số nhóm động vật - như một số loài rắn và sò nón, những loài đã trở thành loài có độc tương đối gần đây trong quá trình tiến hóa. Một số động vật có độc khác, ví dụ như sứa, nhện hay rết, với lịch sử tiến hóa lâu đời hơn, thì sản xuất ít loại chất độc hơn. Có vẻ như chúng đã vượt qua một giai đoạn tiến hóa thứ hai, ở đó xảy ra sự “thanh lọc” hầu hết các thành phần trong nọc độc, và thay vào đó là tập trung bảo đảm một lượng nhỏ các thành phần có độc tính cao. 

Loài sò nón có độc tính có thể gây chết người.

Thật may mắn khi không động vật có độc nào tiến hóa để săn con người chúng ta, nhưng ngay cả khi đó cũng đã có hàng ngàn trường hợp chết người được ghi nhận sau khi tiếp xúc với những con rắn, sứa, bọ cạp và những sinh vật chứa độc khác. Ông Wuster lí giải: “Các loài linh trưởng dường như không thiên về việc phát triển khả năng kháng độc.”. Thế nên, nhiều khả năng một động vật đã phát triển loại nọc đủ độc để hạ gục đối tượng có sức kháng độc cao cũng sẽ có đủ khả năng để hạ gục con người. 

Cũng có nhiều trường hợp cũng có thể coi là do … đen đủi, có thể ví dụ như vết cắn của loài nhện Atrax robustus sẽ gây nguy hiểm có thể dẫn đến tử vong cho con người, nhưng lại gần như không gây tổn hại gì với loài gặm nhấm. Do loài nhện này không hề tiến hóa để săn con người hay loài gặm nhấm, điều này thể hiện không gì hơn là một sự trùng khớp không may giữa chất độc thần kinh của con nhện với một thụ thể trong một số tế bào của chúng ta. 

Tất nhiên, việc nghiên cứu sự ảnh hưởng của nọc độc tới sinh lý con người là rất quan trọng. Những nghiên cứu như vậy sẽ cho phép chúng ta phát triển các loại thuốc kháng độc, cũng như một số loại thuốc khác, ví dụ như thuốc huyết áp captopril, được bào chế dựa trên chất độc của rắn hố. Tuy vậy, để thực sự hiểu được các loại độc tố, chúng ta cần phải mở rộng tầm nghiên cứu, không chỉ với con người mà cần khảo sát cách các loại nọc độc được sử dụng trong môi trường tự nhiên. 

Một con nhện Atrax robustus

Điều cần phải làm rõ đó là các chất độc, cũng như nhiều thứ hữu dụng khác trong vương quốc của các loài động vật, cũng có cái giá của chúng. Rắn, sứa hay sò nón không phát triển loại độc cực mạnh chỉ để đấy. Nọc độc của chúng được “chuyên môn hóa”, với khả năng thực hiện đúng nhiệm vụ của mình - dù cho không phải khi nào nhiệm vụ ấy cũng rõ ràng đối với con người chúng ta.

Trở lại với Costa Rica, anh hướng dẫn viên của chúng tôi đã xoay xở sử dụng hai cây gậy để ném con rắn biển trở lại chỗ của nó, nhằm tránh những người thiếu cảnh giác đi ngang qua giẵm phải nó. Tôi thấy hài lòng khi vừa thoát khói một cái chết ghê rợn và tiếp tục tản bộ.

Sau đó, tôi tìm hiểu được rằng mình không cần phải lo lắng đến vậy. Hóa ra là con rắn biển của chúng ta không phải loài xếp hạng cao trong bảng danh sách các động vật có độc. Hơn thế nữa, dù nọc độc của nó đủ mạnh để khiến người bị cắn tử vong, nhưng vì cái hàm và răng nanh nhỏ, nó cũng hiếm khi cắn bất cứ thứ gì lớn hơn một con cá bình thường. Và con rắn cũng chỉ quan tâm đến vậy, bởi một cách tự nhiên, cá là một món trong khẩu phần của nó, còn con người thì không.