Thích nghi khiến con người trở nên vĩ đại

Ô nhiễm không khí không chỉ là vấn nạn thời đại. Giờ đây, nó có thể định hình sự tiến hóa của xã hội loài người.

Không khí độc vẫn gây hại cho hàng tỷ người từng ngày, từng giờ. Chúng ta liên tục hít thở khí thải độc hại từ phương tiện giao thông, các nhà máy đốt than, nhà máy lọc dầu, khí đốt từ sinh hoạt. Ngoài ra, hơn một tỷ người đưa chất độc vào phổi từ các loại thuốc lá.

92% dân số thế giới sống ở những vùng có “bụi mịn” – hạt vật chất rất nhỏ tác động nguy hại đến mô cơ thể người. Ô nhiễm không khí và thuốc lá mỗi năm còn gây ra 20 triệu ca tử vong cho thanh thiếu niên.

Australia vẫn đang khắc phục hậu quả từ đợt cháy rừng lịch sử. Ảnh: The New York Times.

Các độc tố trong không khí gây hại đến con người qua nhiều cách. Ngoài là nhân tố mạnh mẽ gây ung thư phổi, bệnh tim, giới nghiên cứu còn tìm ra mối liên hệ từ các độc tố này với những căn bệnh rối loạn như tiểu đường hay Alzheimer.

“Làm thế nào ô nhiễm không khí có thể gây ra những căn bệnh này?”, giới khoa học đặt vấn đề. Họ cũng hoang mang về khả năng phục hồi của con người.

Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng câu trả lời có thể nằm trong quá trình tiến hóa xa xôi của nhân loại, tức hàng triệu năm trước, trước khi điếu thuốc đầu tiên được đốt, trước cả làn khói xe đầu tiên được thải ra ngoài môi trường.

Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng, câu trả lời có thể nằm trong quá trình tiến hóa xa xôi của nhân loại, tức hàng triệu năm trước, trước khi điếu thuốc đầu tiên được đốt, trước cả làn khói xe đầu tiên được thải ra ngoài môi trường.

Nhà sinh vật học Benjamin Trumble thuộc Đại học bang Arizona cùng giáo sư Caleb Finch, Đại học Nam California nhận định: Tổ tiên chúng ta cũng từng điêu đứng với ô nhiễm không khí.

Các nhà khoa học cho rằng nhân loại đã tiến hóa trên cơ sở chống lại những tác nhân ô nhiễm. Cho đến ngày nay, dù có thể đã bị hạn chế, các dạng thích nghi này vẫn còn đang giúp cơ thể chúng ta chống lại tác hại từ khói thuốc hay mối nguy hại từ không khí ô nhiễm. Tuy nhiên, các di sản tiến hóa này cũng có thể là gánh nặng. Một số thích ứng di truyền có thể đã làm tăng tính dễ bị tổn thương của chúng ta đối với các bệnh liên quan đến ô nhiễm không khí.

Câu chuyện từ bảy triệu năm trước

Châu Phi 7 triệu năm trước dần trở nên khô cằn. Sahara nổi lên ở phía bắc, những đồng cỏ mở rộng ra ở phía đông và nam lục địa đen.

Tổ tiên của tinh tinh và khỉ đột vẫn ở trong rừng, nhưng họ hàng cổ xưa của chúng ta đã thích nghi được với môi trường mới. Khung xương cơ thể được nâng cao và mảnh khảnh hơn, tiến hóa này giúp cơ thể phù hợp để đi bộ hay chạy đường dài.

Tiến sĩ Finch và Tiến sĩ Trumble tin rằng những “con người đầu tiên trên Trái Đất” đã phải đối mặt với thách thức mà hầu như không được nhắc tới: Không khí.

Theo định kỳ, các thảo nguyên khi xưa phải trải qua những cơn bão bụi lớn từ Sahara. Tổ tiên xa xôi của chúng ta do đó có nguy cơ hít phải các hạt cát giàu silic này, gây hại cho phổi.

“Khi mật độ bụi tăng cao, chúng ta dễ nhận thấy nhiều vấn đề về phổi”, Tiến sĩ Finch cho hay. Minh chứng rõ ràng hơn là ngày nay, các nhà nghiên cứu người Hy Lạp phát hiện khi các luồng gió xuất phát từ Sahara thổi đến đất nước họ, các bệnh viện tiếp nhận nhiều hơn những ca bệnh về đường hô hấp.

2014 được ghi nhận là năm nóng nhất trong lịch sử. Ảnh: Nasa.

Bụi không phải là mối nguy hiểm duy nhất. Quá trình hô hấp của người tối cổ cũng có thể bị kích thích bởi phấn hoa và hạt vật chất cặn từ phân của những đàn thú gặm cỏ khổng lồ trên các thảo nguyên.

Hai tiến sĩ cho rằng các nhà khoa học nên xem xét liệu những thách thức mới này có làm thay đổi đặc tính sinh học của chúng ta, thông qua chọn lọc tự nhiên hay không. Chẳng hạn, phải chăng những người ít bị ảnh hưởng xấu từ khói thuốc lá đã thừa hưởng các biến thể di truyền bảo vệ những tổ tiên xa xưa khỏi các đám cháy?

Một cách để trả lời những câu hỏi này là nghiên cứu các gen đã phát triển, kể từ khi tổ tiên chúng ta rời khỏi cuộc sống quanh quẩn trong rừng sâu để khám phá thế giới rộng lớn hơn.

Một trong số đó là MARCO, gen quy định kế hoạch chi tiết để sản xuất một kết cấu phân tử được sử dụng bởi các tế bào miễn dịch trong phổi chúng ta. Các tế bào sử dụng kết cấu này để loại bỏ cả vi khuẩn và các hạt, bao gồm cả bụi silic.

Phiên bản người của gen MARCO khác biệt rõ rệt các loài vượn khác. Sự biến tính đó đã xảy ra ít nhất nửa triệu năm trước (Người Neanderthal – phụ loài của người hiện đại cũng mang theo biến thể). “Hít thở không khí bụi bặm đã thúc đẩy sự tiến hóa của MARCO trên cơ thể của loài vượn cổ”, Tiến sĩ Trumble đưa ra giả thuyết.

Khói bụi đã tạo ra áp lực tiến hóa mới. Men gan ở con người đã và đang dần mạnh mẽ hơn để phá vỡ các độc tố đi vào máu thông qua quá trình hô hấp.

Khói bụi đã tạo ra áp lực tiến hóa mới. Men gan ở con người đã và đang dần mạnh mẽ hơn để phá vỡ các độc tố đi vào máu thông qua quá trình hô hấp.

Bên cạnh gen MARCO, Gary Perdew – nhà độc học phân tử tại Đại học bang Pennsylvania – và các đồng nghiệp của ông đã tìm thấy bằng chứng về sự tiến hóa để chống lại tác hại của khói thuốc trong một gen khác: AHR.

Gen này tạo ra một loại protein được tìm thấy trên các tế bào trong ruột, phổi và da. Khi các độc tố xâm nhập cơ thể và bị vướng vào protein, các tế bào sẽ giải phóng enzyme phân hủy chất độc. Tuy nhiên, gen này khi ở trong cá thể người có phản ứng với độc tố yếu hơn so với các loài khác, có thể vì trong quá trình phân giải chất độc xuất hiện các mảnh vỡ có khả năng gây tổn thương đến các mô.

Không chỉ người hiện đại, tổ tiên chúng ta cũng phải học cách thích ứng với ô nhiễm môi trường. Ảnh: The New York Times.

Vào thời kỳ nhân loại chưa sử dụng lửa, cơ thể con người chưa cần sử dụng nhiều đến AHR. Vì vậy, trên lý thuyết, con người vẫn chịu đựng được các tổn thương mà protein gây ra trong quá trình phân giải chất độc. Tuy nhiên, từ khi phát minh ra lửa, chúng ta hít phải khói bụi nhiều hơn, điều này dẫn đến nhu cầu sử dụng AHR protein cao hơn, các mối đe dọa đến sức khỏe vì thế cũng tăng cao.

Tiến sĩ Perdew tin rằng con người đã tiến hóa với một phản ứng AHR yếu hơn như cách để tìm ra sự thỏa hiệp, nhằm giảm thiểu thiệt hại của các chất ô nhiễm trong không khí mà không gây ra quá nhiều tác dụng phụ. Nhưng sự thích nghi này không bao giờ là hoàn hảo, thực tế là hàng nghìn người vẫn chết vì khí độc. Tuy nhiên, mục đích của tiến hóa không phải để sở hữu thể trạng hoàn hảo.

Bầu không khí đã bị thay đổi

Chúng ta tiến vào thời kỳ Cách mạng công nghiệp từ hai thế kỉ trước. Bên cạnh nước sạch, các loại thuốc y tế ngày ngày được cải tiến, các phát kiến khác cũng làm giảm đáng kể các ca tử vong do bệnh truyền nhiễm, tuổi thọ trung bình tăng vọt. Dù vậy, con người chúng ta cũng đã và đang tiếp xúc với độc tố trong không khí ngày càng nhiều hơn.

Cuộc Cách mạng Công nghiệp bùng nổ với việc sử dụng rất nhiều chất đốt từ than đá, ô tô trở nên phổ biến, các nhà máy điện và nhà máy lọc dầu xuất hiện ngày càng nhiều, các công ty thuốc lá mở rộng quy mô sản xuất công nghiệp. Ngày nay, 6,5 nghìn tỷ điếu thuốc lá được bán ra mỗi năm.

Trải qua hàng trăm nghìn năm, cơ thể chúng ta được rèn luyện để phản ứng trên cơ chế phòng thủ các tác nhân xấu từ bên ngoài. Trong đó, cơ thể có thể biểu hiện mạnh mẽ cơ chế này qua các vết viêm. Tần suất biểu hiện của viêm nhiễm trên cơ thể người đang có dấu hiệu ngày càng cao.

Nhiều nghiên cứu hiện nay cho thấy tình trạng viêm mạn tính thể hiện mối liên hệ quan trọng giữa độc tố trong không khí và bệnh tật. Ví dụ, viêm não mạn tính có thể làm giảm khả năng loại bỏ các protein bị lỗi. Và khi các protein này bị tích lũy, chúng có thể dẫn đến chứng mất trí nhớ.

Viêm mạn tính thể hiện mối liên hệ quan trọng giữa độc tố trong không khí và bệnh tật

Các mầm bệnh có thể được gián tiếp đưa vào cơ thể qua những hạt ô nhiễm. Cụ thể, khi đi vào mũi, chúng có thể tiếp xúc với các đầu dây thần kinh và gây viêm nghiêm trọng hơn.

“Một số biến thể di truyền phát sinh trong quá khứ khi phản ứng với khói bụi có thể sản sinh ra các thích nghi hữu ích nhất định ở ngày nay. Ví dụ như một số người hút thuốc mà vẫn sống lâu”, Tiến sĩ Finch cho biết.

Các nhà khoa học nghiên cứu những gen khác và phát hiện ra nhiều điều ngược lại, chẳng hạn: Một biến thể từng là hữu ích trong cơ thể dần trở nên có hại trong thời đại ô nhiễm không khí gia tăng.

Trải qua hàng trăm hàng nghìn năm, cơ thể chúng ta được rèn luyện để phản ứng trên cơ chế phòng thủ các tác nhân xấu từ bên ngoài. Ảnh: The New York Times.

ApoE4 là một trong số đó. Biến thể này lần đầu tiên được đưa ra ánh sáng do các nhà khoa học phát hiện ra khả năng chúng làm tăng mạnh nguy cơ phát triển mầm bệnh Alzheimer. Gần đây, các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra ApoE4 làm tăng nguy cơ dẫn đến chứng mất trí nhớ khi con người tiếp xúc với không khí bị ô nhiễm.

Tuy nhiên, những nghiên cứu này dần bị hạn chế ở các nước công nghiệp. Khi các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu ở những nơi khác, như các vùng nông nghiệp nghèo ở Ghana, hoặc cư dân bản địa các cánh rừng tại Bolivia, họ cũng thấy ApoE4 có rất nhiều tác dụng khác nhau.

Ở những vùng này, các bệnh truyền nhiễm là nguyên nhân chính gây nên nhiều ca tử vong, đặc biệt là ở trẻ em. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng ở những nơi như vậy, biến thể ApoE4 làm tăng tỷ lệ những người sống sót trong độ tuổi trưởng thành hoặc có gia đình.

Chọn lọc tự nhiên đã ủng hộ ApoE4 trong hàng trăm nghìn năm vì biến thể này làm tăng khả năng sống sót của các cá thể loài. Dù vậy, ApoE4 và nhiều gen có thể đã có tác dụng phụ gây hại mà chúng ta đã không phát hiện cho đến thời hiện đại – thời kỳ của ô nhiễm không khí.