Trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, chúng ta thường thấy các phi hành gia bước vào một khoang lạnh, chìm vào giấc ngủ sâu kéo dài hàng trăm năm mà không hề già đi. Liệu điều này có trở thành hiện thực? Các nhà nghiên cứu đã bắt đầu tìm hiểu từ thế giới động vật, nơi “ngủ đông” là hiện tượng phổ biến ở hơn 200 loài. Quá trình ngủ đông đã xuất hiện từ hàng triệu năm trước. Cả ba nhóm động vật có vú chính đều phát triển khả năng này một cách độc lập từ hàng chục triệu năm trước. Tuy nhiên, có vẻ như con người đã mất đi những yếu tố quan trọng nhất để có thể ngủ đông.
Ví dụ, tim của con người không thể hoạt động nếu nhiệt độ cơ thể quá thấp. Nhịp tim được kiểm soát bởi lượng canxi hấp thụ. Nếu quá nhiều canxi, tim sẽ ngừng hoạt động. Dưới một ngưỡng nhiệt độ nhất định, tim người không thể loại bỏ canxi dư thừa, dẫn đến suy tim. Vậy tại sao các loài động vật này lại ngủ đông?
Ngủ đông là một chiến lược sinh tồn thiết yếu, giúp động vật sống sót qua mùa đông khắc nghiệt khi nguồn thức ăn và nước khan hiếm. Trước đây, các chuyên gia tin rằng ngủ đông chỉ xảy ra ở môi trường lạnh và ôn đới. Tuy nhiên, gần đây, họ phát hiện ra các loài động vật ngủ đông ngay cả ở sa mạc khô cằn và rừng nhiệt đới. Khi ngủ đông bắt đầu, nhịp tim của động vật giảm xuống chỉ còn 1 đến 3% so với bình thường. Ví dụ, ở loài vượn cáo, nhịp tim bình thường khoảng 180 nhịp/phút giảm xuống còn khoảng 4 nhịp/phút. Tần suất thở cũng giảm xuống chỉ còn 1 nhịp sau mỗi 10 đến 21 phút. Và ở hầu hết các loài động vật ngủ đông, chất thải không được thải ra trong khi ngủ. Theo các nhà nghiên cứu, mục đích của ngủ đông là giảm tốc độ trao đổi chất và nhiệt độ cơ thể. Trong trạng thái ngủ đông, não gần như không hoạt động, rơi vào trạng thái hôn mê.
Ngủ đông không phải là giấc ngủ dài của mùa đông. Động vật có thể ở trạng thái hôn mê từ vài ngày đến 5 tuần. Sau đó, chúng khôi phục tốc độ trao đổi chất và nhiệt độ cơ thể trở lại bình thường trong khoảng 24 giờ, trước khi tiếp tục quay trở lại trạng thái hôn mê. Lý do cho hiện tượng thức giấc giữa chừng vẫn còn là một bí ẩn. Những thay đổi của cơ thể trong quá trình ngủ đông, như ngủ trong 5 tuần hoặc nhiệt độ cơ thể giảm xuống gần mức đóng băng, sẽ là một đòn chí mạng đối với các loài không thể ngủ đông như con người. Trái với những gì thấy trong phim ảnh, đây có thể là một trở ngại vĩnh viễn nằm ngoài tầm với của nhân loại.
Những Thách Thức Khiến Con Người Không Thể Ngủ Đông
Hàng năm, hàng triệu, thậm chí hàng tỷ đô la được chi cho nghiên cứu tìm kiếm sự sống ngoài hành tinh và cách chúng ta đến được một hành tinh xa xôi. Việc con người đặt chân lên Mặt Trăng, chế tạo các máy móc và thiết bị hiện đại như tàu vũ trụ để khám phá sao Hỏa, cho thấy những thành tựu trong việc khám phá và chinh phục vũ trụ. Một trong những phương pháp quen thuộc trong các bộ phim khoa học viễn tưởng để con người du hành vào không gian sâu đến một hành tinh khác là “đặt cơ thể vào chế độ ngủ đông”. Các phi hành gia sẽ bước vào một thiết bị giống như kén. Sau đó, nhờ các kỹ thuật khoa học, cơ thể sẽ ngay lập tức “ngủ” trong vài tháng đến vài năm. Khi tàu đáp xuống hành tinh mới, phi hành gia sẽ tỉnh dậy. Trong trạng thái ngủ đông này, quá trình trao đổi chất được giảm xuống mức tối thiểu, và quan trọng là tâm trí của các phi hành gia không còn cảm thấy buồn chán trong khi chờ đợi hàng tháng, thậm chí hàng năm.
Trên thực tế, tiền đề để đưa các phi hành gia vào trạng thái “ngủ đông” có vẻ như hoàn toàn nằm trong tầm tay, đến mức Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cũng đang nghiêm túc xem xét khoa học đằng sau khái niệm này. Tuy nhiên, mọi thứ phải nhìn vào thực tế. Các nhà khoa học ở Chile khẳng định rằng, đó chỉ là một ảo tưởng, chỉ có trong phim ảnh. Mấu chốt của một nghiên cứu gần đây của 3 nhà nghiên cứu từ Chile đã tiết lộ một rào cản toán học trong việc biến “ngủ đông” của con người thành hiện thực, bằng cách làm sáng tỏ mối quan hệ giữa khối lượng cơ thể và mức tiêu thụ năng lượng ở động vật có vú ngủ đông. Trở ngại này thậm chí còn khiến ý tưởng này mãi mãi nằm ngoài tầm với của chúng ta.
Phân Tích Rào Cản Toán Học Của Việc Ngủ Đông Ở Người
Cụ thể, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tốc độ trao đổi chất tối thiểu, cho phép các tế bào sống sót trong điều kiện nhiệt độ thấp và oxy thấp, là không đủ để đảm bảo. Nói cách khác, đối với các động vật tương đối nặng như chúng ta, lượng năng lượng tiết kiệm được khi bước vào trạng thái ngủ đông, hay ngủ sâu, sẽ không thực sự đáng kể. Đó là chưa kể đến những tác hại của việc giảm sự trao đổi chất của các phi hành gia, có thể dẫn đến những hậu quả khó lường.
Ở một số động vật nhỏ, ngay cả khi ngủ đông, chúng vẫn có thể mất hơn một phần tư trọng lượng cơ thể bằng cách đốt cháy năng lượng dự trữ. Đối với con người, con số này thậm chí còn lớn hơn. Từ thực tế này, Roberto F. Nespolo – tác giả chính của nghiên cứu, tin rằng chúng ta tốt hơn hết là nên ngủ theo cách thông thường. Khái niệm ngủ đông, thường gợi lên hình ảnh một con gấu tự nhốt mình trong hang để ngủ, chờ đợi thời gian trôi qua sau một mùa đông dài. Tuy nhiên, mặc dù gấu gần như không hoạt động trong vài tháng dài, nhưng giấc ngủ đông của chúng vẫn không hiệu quả, giống như sự ngủ đông thực sự của các sinh vật nhỏ hơn, như sóc đất hoặc dơi.
Sự Khác Biệt Giữa Ngủ Đông Thực Sự và Ngủ Đông Của Gấu
Ở những loài động vật này, nhiệt độ cơ thể của chúng giảm xuống đáng kể, quá trình trao đổi chất gần như bằng không, nhịp tim và nhịp thở đều chậm lại. Quá trình này có thể giảm mức tiêu thụ năng lượng tới 98% trong một số trường hợp, do đó loại bỏ sự cần thiết phải săn bắn hoặc kiếm ăn. Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, đó là một câu chuyện khác với động vật có vú. Các nhà nghiên cứu cho rằng, việc mở rộng mối quan hệ giữa quá trình trao đổi chất hoạt động và khối lượng đã đi đến một điểm mà ngủ đông không thực sự tiết kiệm được nhiều năng lượng cho các động vật lớn hơn, mà lại có rất nhiều tác động tiêu cực.
Gấu là những động vật có vú hiếm hoi có thể ngủ đông với tốc độ hiệu quả. Khi ngủ, nhịp thở của gấu giảm xuống khoảng 50 nhịp/phút. Vào thời điểm lạnh nhất của mùa đông, nhịp thở giảm xuống mức rất sâu, chỉ 4-5 lần/phút. Mọi hoạt động của cơ thể gấu đều dừng lại, nhưng khi mùa xuân đến, chúng thức dậy và cơ thể vẫn còn nguyên vẹn. Các nhà khoa học cho rằng, nếu con người ngủ trong điều kiện tương tự, chúng ta sẽ mất cả xương và cơ rất nhanh. Một điều nữa, ngay cả trước khi gấu ngủ đông, chúng đã hoàn thành một kỳ tích sinh học khác, đó là chúng cần tăng một lượng mỡ nguy hiểm cao. Đối với con người, nếu béo như vậy, cơ thể sẽ bị tổn thương không thể phục hồi. Ngoài ra, trong quá trình ngủ đông, cơ thể bị làm mát, giảm nhịp tim và nhịp thở, cũng như giảm sự trao đổi chất một cách cưỡng bức, cũng có thể không mang lại kết quả như chúng ta mong đợi.
Hy Vọng Tương Lai Về Ngủ Đông Của Con Người
Tuy nhiên, mặc dù các nghiên cứu hiện tại cho thấy điều đó là không thể, nhưng chúng ta vẫn hãy hy vọng rằng, một ngày nào đó trong tương lai, khi con người đã sở hữu những công nghệ cực kỳ tiên tiến, thì có lẽ, ngủ đông sẽ không còn là khoa học viễn tưởng, giống như cách con người đặt chân lên Mặt Trăng.