Tại sao vật kí sinh làm hại vật chủ

Các nhà sinh học tiến hóa vẫn đau đầu với câu hỏi Charcles Darwin đưa ra trong cuốn sách “Nguồn gốc muôn loài” xuất bản năm 1859 của ông rằng: Vật kí sinh sống nhờ vào vật chủ, vậy tại sao chúng lại làm hại vật chủ?

Một nghiên cứu mới về loài bướm hoàng đế cùng với loài kí sinh siêu nhỏ sống nhờ trên cơ thể chúng của đại học Georgia và đại học Emory phát hiện thấy vật kí sinh đứng ở tình thế tiến thoái lưỡng nan khi vừa giành được lợi thế sinh sản nhanh chóng lại vừa mang đến cái giá phải trả cho vật chủ. Nghiên cứu được xuất bản trực tuyến trên tờ Proceedings of the National Academy of Sciences đã cung cấp bằng chứng đầu tiên về cái gọi là “giả thuyết thỏa hiệp” trong một hệ thống của tự nhiên.

Tác giả chính của nghiên cứu - Jacobus de Roode, cựu thành viên nghiên cứu hậu tiến sĩ tại UGA kiệm trợ lý giáo sư đại học Emory hiện nay – cho biết: “Vật kí sinh buộc phải làm hại vật chủ để tự tái tạo bản thân và được truyền lại cho thế hệ khác. Nhưng điều mà nghiên cứu của chúng tôi phát hiện ra đó là nếu chúng gây tổn hại quá nhiều đối với vật chủ, chính chúng cũng phải chịu đựng. Mặt khác, nếu vật kí sinh có “lòng nhân từ cao độ” đối với vật chủ thì cũng không mang lại lợi ích do chúng sẽ không thể sinh sản đủ mức để truyền lại cho thế hệ sau”.

Bướm hoàng đế. (Ảnh: NationalGeographic)

Trong nghiên cứu gian nan kéo dài suốt 3 năm tại phòng thí nghiệm của Sonia Altizer – trợ lý giáo sư tại trường sinh thái Odum thuộc UGA, các nhà nghiên cứu đã lây nhiễm sâu bướm hoàng đế với giao tử của động vật đơn bào ký sinh xuất hiện phổ biến ở các quần thể sinh vật hoang dã ở nhiều mức độ khác nhau. Sau khi bướm trưởng thành, con cái sẽ giao phối và sắp đặt những cạm bẫy trong môi trường. Con bướm sẽ phát tán vật kí sinh khi đẻ trứng lẫn giao tử hoặc phát tán giao tử trên lá cây bông tai vốn là khoái khẩu của những con sâu bướm.

Những giao tử này sẽ được sâu bướm ăn vào. Mỗi con bướm đều có một cây bông tai làm nơi trú ngụ trong khu vực của mình. Đều đặn hàng ngày trong khoảng thời gian 30 ngày, các nhà khoa học cho con bướm một thân cây mới trong khi mang cái cây trước đó về phòng thí nghiệm để phân tích. Họ đếm giao tử trên trứng và trên cây bông tai, đây là một không việc không hề đơn giản bởi một giao tử có kích cỡ bằng 1/100 kích cỡ hạt phấn trên cánh bướm. Chỉ riêng một quả trứng đã có trên 1000 giao tử.

Các nhà nghiên cứu thu thập số liệu và tìm thấy một bằng chứng rõ ràng cho một giả thuyết được phần lớn giới khoa học đồng tình nhưng cho đến nay giả thuyết đó vẫn chưa được nghiên cứu kĩ trong môi trường tự nhiên về quan hệ giữa vật kí sinh và vật chủ. Họ nhận thấy bướm hoàng đế cái đã bị nhiễm vật kí sinh ở mức quá trầm trọng khiến nó phải chết trước khi kịp giao phối, hoặc nếu nó có sống cũng không thực hiện giao phối. Con cái nhiễm ở mức vừa phải thì sống lâu và đẻ nhiều trứng, trong khi những con nhiễm ở mức độ nhẹ cũng sống lâu và có nhiều con cái nhưng số lượng con cháu của nó bị nhiễm động vật đơn bào kí sinh tương đối ít.

De Roode cho biết: “Kết quả của nghiên cứu có ý nghĩa rất lớn vì nó cung cấp lời giải thích tại sao quá nhiều động vật kí sinh gây ra bệnh tật và cái chết cho vật chủ”.

Kết quả cũng chứng minh rằng giả thuyết thỏa hiệp có xảy ra ở loài bướm hoàng đế trong môi trường được kiểm soát, nhưng các nhà khoa học muốn tìm hiểu chọn lọc tự nhiên ảnh hưởng như thế nào đến tính hiểm độc này trong môi trường hoang dã. Họ đã cách ly dòng kí sinh trên loài bướm hoàng đế ở phía đông và phía tây Bắc Mỹ có những hành vi di cư khác nhau. Bướm hoàng đế phía đông di cư từ khu vực sinh sản tận Canada đến địa điểm nghỉ đông tại miền trung Mexico rồi quay trở lại, hoàn thành quãng đường dài khoảng 5000 km. Loài bướm hoàng đế phía tây di cư một quãng đường chỉ bằng 1/3 để nghỉ động tại bờ biển California.

Altizer phát biểu: “Chúng tôi nghĩ rằng nếu vật kí sinh “hiền lành” hơn ở quần thể nào trong số hai quần thể bướm nói trên thì đó là quần thể bướm hoàng đế phía đông. Do những con bướm này di chuyển trên một quãng đường xa hơn, loài kí sinh nếu có làm chết vật chủ dọc hành trình dài này thì sẽ không thể sinh ra con cháu”.

Nhóm nghiên cứu lây nhiễm quần thể bướm phía đông và phía tây với dòng vật kí sinh từ chính quần thể của chúng và cả từ quần thể kia. Những con bướm ở cả hai quần thể đều dễ bị lây nhiễm như nhau, nhưng vật kí sinh ở quần thế phía tây khiến vật chủ của nó chết nhanh hơn. Điều này xác nhận dự đoán của nhóm rằng vật kí sinh của quần thể phía đông hiền lành hơn.

Bên cạnh ý nghĩa làm sáng tỏ câu hỏi tiến hóa gây đau đầu rằng tại sao vật kí sinh lại làm hại vật chủ, nghiên cứu này còn có ý nghĩa quan trọng đối với sức khỏe của loài bướm cũng như loài người.

Trong một số trường hợp, các nhà nghiên cứu dự đoán mức độ các biện pháp can thiệp đến sức khỏe cộng đồng có thể ảnh hưởng đến sự tiến hóa của tính độc hại của bệnh tật dựa trên giả thuyết thỏa hiệp. Để dự đoán đòi hỏi phải có kiến thức thấu đáo về đặc điểm sinh học của vật kí sinh cũng như vật chủ. Nhưng có điều là các biện pháp can thiệp nhằm ức chế cơ hội truyền nhiễm vật kí sinh có thể khiến chọn lọc tự nhiên ưu tiên những dòng kí sinh có tính độc thấp hơn. Kết quả của nghiên cứu cho thấy khi cơ hội truyền nhiễm của vật kí sinh bị hạn chế, ví dụ như đối với quần thế bướm hoàng đế phía đông, chọn lọc tự nhiên sẽ ưu tiên dòng vật kí sinh có khả năng tồn tại lâu hơn trên cơ thể vật chủ vốn đã bị nhiễm và gây ra nguy hại ít hơn.

Nghiên cứu đồng thời đặt nghi vấn việc nuôi những con bướm hoàng đế rồi thả chúng ra phục vụ cho một số sự kiện như đám cưới. Điều kiện nuôi bị giam giữ có thể tăng cường cơ hội truyền nhiễm vật kí sinh và tạo lợi thế cho dòng kí sinh có tính độc cao hơn có khả năng làm hại đến quần thể hoang dã có liên quan đến chúng.

Altizer chỉ ra rằng loài bướm di cư vốn đã phải đối mặt với thử thách về khí hậu thay đổi làm giảm tỉ lệ di cư cùng với mối nguy hiểm môi trường bị hủy hoại tại khu vực sinh sản vào mùa đông của chúng.

Altizer nói: “Có một khả năng rất dễ thành hiện thực rằng quần thể bướm di cư phía đông sẽ không còn xuất hiện trong khoảng 50 đến 100 năm nữa. Quần thể không di cư nhỏ hơn vẫn sẽ tồn tại, nhưng chúng tôi mong muốn có thêm nhiều loài bướm bị lây nhiễm động vật kí sinh và loài kí sinh sẽ có độc tính cao hơn”.