BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU SẼ THAY ĐỔI SINH LÝ CON NGƯỜI?

Năm 1980, nhà máy điện hạt nhân ở Forsmark, Thụy Điển, bắt đầu bơm nước thải làm mát từ các lò phản ứng của nó vào hồ Biotest, một hồ nhân tạo rộng 84ha ven biển Baltic. Tách biệt với môi trường nước tự nhiên và ấm hơn khoảng 6 đến 10 độ C so với vùng Baltic xung quanh, hồ này cung cấp một mô hình chưa từng có trước đây để kiểm tra phản ứng sinh lý dài hạn của các loài cá ôn đới với kịch bản nóng lên của khí hậu dưới những điều kiện sinh thái thực tế.

Một số loài bản địa nhanh chóng chết đi trong khi một số khác vẫn tồn tại được. Cá rô Châu Âu đã chứng tỏ có khả năng chống chịu và thích ứng tốt nhưng rõ ràng nó không còn giống như trước. Cá rô sống trong hồ Biotest có vẻ đã trải qua một số mức độ chọn lọc di truyền và thích nghi sinh lý: Một vài con kích thước lớn hơn, có cơ quan nội tạng nhỏ hơn và đặc biệt là nhịp tim nghỉ thấp hơn cá đối chứng.

Khi nghĩ về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu thì người ta thường tập trung vào mực nước biển dâng cao và cư dân duyên hải sẽ thích nghi như thế nào. Tấm poster phim về thảm họa của Hollywood ” The Day After Tomorrow” cho thấy hình ảnh ngọn đuốc tượng Nữ thần tự do nhô lên từ biển. Cuốn tiểu thuyết giả tưởng của Kim Stanley Robinson “New York 2140” vẽ nên một thành phố Gotham chìm trong nước và người giàu có sống trong các tầng cao an toàn những tòa nhà chọc trời ở Manhattan.

Nhưng nhiệt độ có thể là câu chuyện lớn hơn. Các nhà khoa học nghiên cứu biến đổi khí hậu Steven Sherwood và Matthew Huber chỉ ra rằng: Nếu tăng thêm 10 độ C trong 3 thế kỷ tới thì các vùng đất trở nên không sinh sống nổi do áp lực nóng lên hơn là biến mất do nước biển dâng. “Căng thẳng nhiệt đáng phải quan tâm nhiều hơn”. Đã có những dự đoán rằng đến cuối thế kỷ này, một số địa điểm ở Vịnh Ba Tư hầu như không thể ở được nữa nếu không giảm thiểu đáng kể biến đổi khí hậu. Một bài viết của Alistair Woodward, Trưởng khoa Dịch tễ học và Thống kê sinh học, Đại học Auckland, và các đồng nghiệp dự đoán đến năm 2085 chỉ một số ít các thành phố bên ngoài Tây Âu nằm trong nhóm rủi ro thấp có thể tổ chức Thế vận hội mùa hè. Rồi thì Giải vô địch Bóng đá thế giới 2022 mà Qatar đăng cai cũng đã dời sang mùa đông, một sự thay đổi thông lệ yêu cầu đẩy Giáng sinh về tháng Bảy.

Không giống như cá trong hồ Biotest, con người chúng ta có thể thích nghi bằng cách thay đổi hành vi của mình. Và chúng ta sẵn sàng làm vậy. Nếu dân tình ngày nay mà có khả năng chịu nhiệt như cư dân đầu thế kỷ 20 thì cái thời tiết giai đoạn 1980 – 2009 có thể gây ra số lượng tử vong cao gấp 4 lần ghi nhận (2993 thay vì 689).

Nhưng khi nhiệt độ tiếp tục tăng, sự thay đổi hành vi có thể không đủ để bảo vệ chúng ta nữa. Liệu chúng ta sẽ chết khô hay giống như cá rô, sinh lý của chúng ta có bắt đầu thay đổi?

——————-

Mồ hôi, về lý thuyết, là một phần trung tâm của câu chuyện tiến hóa. Tổ tiên loài người đã di chuyển từ môi trường thảo nguyên sang rừng rậm lạnh lẽo chính bởi vì biến đổi khí hậu: sự gia tăng tình trạng khô hạn có thể là kết quả của những đợt biến đổi khí hậu, hay nâng mảng kiến tạo địa phương khiến cho phần lớn Đông Phi chìm trong bóng mưa. Chúng ta buộc phải giữ khoảng cách với cái nóng để tìm kiếm nhiều hơn nguồn thức ăn lẻ tẻ.

Vì vậy, suy luận ra, chúng ta mất đi bộ lông và gần như hoàn toàn chuyển hóa sang các tuyến mồ hôi nhiệt hoặc tuyến tiết thủy dịch. Con người trở thành động vật có vú hai chân trần trụi với cơ thể được làm mát chủ yếu bằng hệ thống tiết thủy dịch. Theo nhà sinh lý học Hanns-Christian Gunga: Ở con người, khả năng đổ mồ hôi tối đa liên quan đến diện tích bề mặt cơ thể cao hơn rõ rệt so với bất cứ sinh vật nào. Tư thế đứng thẳng và mảnh mai cũng giúp cơ thể hạn chế tiếp xúc với mặt đất nóng và mặt trời.

Thay đổi cho phép chúng ta trở thành kẻ chạy đua bền bỉ, có thể theo dõi con mồi hàng giờ mà không bị sốc nhiệt, mặc dù việc chạy tạo ra lượng nhiệt gấp 10 lần đi bộ. (Không phải ngẫu nhiên mà một trong những lượng mồ hôi lớn nhất tiết ra từng được ghi nhận ở người là của vận động viên chạy marathon Alberto Salazar).

Nhiệt, do đó, đã giúp chúng ta trở thành chúng ta của ngày nay. Như tất cả các loài động vật khác, con người là những cỗ máy nhiệt động lực cần duy trì sự cân bằng năng lượng. Khi môi trường nóng lên, sự cân bằng của ta thay đổi.

Hầu hết chúng ta đều có khả năng thích ứng nhiệt độ, quá trình này thường mất vài tuần nhưng gần như bắt đầu ngay lập tức. Cơ thể ta thích nghi theo một số cách tài tình. Hàm lượng muối trong mồ hôi, ban đầu cao tới 60 tương đương mili của chất tan trong 1 lít dung dịch (mEq/L), sau đó giảm dần xuống 10mEq/L khi cơ thể giữ lại muối cần thiết. Chất điện giải bắt đầu làm giảm áp suất hơi của mồ hôi, khiến quá trình làm mát hiệu quả hơn. Sự trao đổi chất thay đổi, thể tích huyết tương tăng, protein bảo vệ chống sốc nhiệt. Các đối tượng nghiên cứu hiếm khi có thể kết thúc được bài kiểm tra đi bộ dưới nắng nóng trong ngày đầu tiên nhưng lại hoàn thành xuất sắc vào ngày thứ 7.

Mà có lẽ chẳng có gì đáng ngạc nhiên, những nghiên cứu có chủ đích của chúng ta trong quá khứ chỉ ra các đối tượng thích nghi có khả năng xử lý nhiệt tốt hơn, theo Jennifer Vanos, nhà nghiên cứu sinh học khí tượng tại Đại học California, San Diego. Để thích nghi với nhiệt độ thì dĩ nhiên bạn phải ở “trong” môi trường nhiệt. “Bạn không muốn dùng máy chạy bộ dưới điều hòa không khí mỗi ngày đâu”, Vanos nói. Và sự thích nghi chỉ đến một giới hạn nhất định. Thời gian giành chiến thắng Boston Marathon giảm 2ph mỗi lần tăng 10 độ.

Đây đều là thay đổi cấp tính ngắn hạn. Nhưng có bằng chứng cho thấy chúng ta có thể tự điều chỉnh với điều kiện môi trường trong thời gian dài. Một nghiên cứu năm 1968 tìm ra công nhân Bantu ở mỏ vàng Nam Phi – nơi mà sốc nhiệt gây ra chết chóc thường xuyên – có sức chịu đựng nhiệt đáng kinh ngạc. Thợ mỏ được đưa vào những căn phòng khí gia tăng đều đặn nhiệt độ cầu ướt (bằng nhiệt độ không khí tại điểm độ ẩm 100% và thấp hơn nhiệt độ không khí tại mức độ ẩm thấp hơn).

(ND: Nhiệt độ cầu ướt là Chỉ số thực nghiệm thể hiện sự căng thẳng nhiệt mà một cá thể phải tiếp xúc)

Khi mọi thứ trở nên điên rồ sau 2h ở 100 độ F (một số người đàn ông trở nên hung dữ, một số khác cuồng loạn, còn một số lại duy trì sự im lặng vô cảm) thì các nhà nghiên cứu bị ấn tượng bởi sự thể hiện ngoài mong đợi của đối tượng nghiên cứu Bantu so với những quy chuẩn được ghi nhận từ các nghiên cứu khác. Không phải do thể dục tốt hơn mà do sự ổn định hơn của hệ thống tuần hoàn.

Thậm chí chúng ta đã biết nhiều sự biến đổi để thích nghi với khí hậu đã diễn ra trong khoảng thời gian dài hơn nữa. Ví dụ, nơi mà một người sống – đặc biệt trong những năm đầu đời – ảnh hưởng đến cách mà người đó đổ mồ hôi. Các dân tộc vùng cực Bắc như Ainu có ít tuyến mồ hôi hơn những người sinh sống ở vùng khí hậu nhiệt đới. Một nghiên cứu năm 1974 tựa đề “Regional Sweating in Eskimos Compared to Caucasians”, tạm dịch “So sánh vùng đổ mồ hôi của người Eskimos với người da trắng” phát hiện ra những đối tượng nghiên cứu là người nam trưởng thành Eskimos có nhiều tuyến mồ hôi trên mặt và tương đối ít hơn ở các phần khác trên cơ thể bị che phủ bởi quần áo mùa đông – như thể họ đã thích nghi đặc biệt do yêu cầu của môi trường sống.

——————–

Cá rô hồ Biotest đã tiếp xúc với nước thải hạt nhân chỉ thích nghi tới một giới hạn và sau đó chúng chạm ngưỡng trần sinh lý. Tại 4.6 độ C cao hơn nhiệt độ hồ Biotest, cá rô không có nhiều khả năng sống sót qua một cú sốc nhiệt hơn cá hàng xóm ở biển Baltic. Những con cá đã thích nghi nhưng chúng cũng đang trên bờ vực sống sót, và điều này chỉ trở nên rõ ràng bằng cách đánh chúng mạnh hơn.

Con người cũng có ngưỡng trần nhiệt độ riêng. Sherwood and Huber nhận định rằng định luật nhiệt động lực học thứ 2 không cho phép vật thể tỏa nhiệt trong môi trường có nhiệt độ cầu ướt vượt quá nhiệt độ vật thể, bất kể độ ẩm hay thông gió tốt. Nói cách khác, một khi chạm ngưỡng thì ta không thể làm mát bằng đối lưu hay bay hơi. Môi trường của chúng ta trở thành một phòng xông hơi, và công cụ đổ mồ hôi không còn tác dụng. Những khu vực savanna được cho là đã diễn ra biến đổi tiến hóa, như Turkana Basin của Kenya, nóng, nhưng không đến nỗi là địa ngục nhiệt độ cầu ướt như một số mô hình biến đổi khí hậu đang triển khai.

Các nghiên cứu xác định nhiệt độ cầu ướt tối đa là 35 độ C, bằng với nhiệt độ da người (Bên trong cơ thể cao hơn 1 chút, 37 độ C). Jeremy Pal and Elfatih Eltahir viết trong Nature Climate Change: 35 độ C là ngưỡng giá trị của nhiệt độ cầu ướt vượt quá mọi khả năng tiếp xúc trong hơn 6h, không thể chịu đựng được kể cả với người khỏe mạnh nhất, kết quả sẽ là đột quỵ hoặc sốc nhiệt. Vanos cũng nói khả năng sống sót chỉ dựa trên lý thuyết thuần túy chứ chưa từng được kiểm nghiệm.

Một lúc nào đó ở thế kỷ này có lẽ nó sẽ xảy ra. Trong lịch sử khí tượng gần đây, nhiệt độ cầu ướt hiếm khi lên mức trên 31 độ C và 90% trường hợp sốc nhiệt ở mỏ Nam Phi xảy ra ở 30 độ C. Nhưng dự đoán của Pal và Eltahir nó sẽ đạt 35 độ C chết người vào cuối thế kỷ ở một số vùng như vịnh Ba Tư và khu vực đông dân quanh lưu vực sông Ấn, sông Hằng. Họ đang nói về những cơn sóng nhiệt tạm thời (ND: cơn sóng nhiệt là một giai đoạn thời tiết nóng một cách quá mức, có thể đi kèm độ ẩm cao), có lẽ những người sống ở đó sẽ phải thay đổi thói quen để thích nghi: tránh xa ánh nắng mặt trời, trốn vào nơi có điều hòa hay chui xuống lòng đất như những chú rùa sa mạc.

Nhưng không phải kẻ nào cũng có thể đào hang và tích trữ. Và nếu nhiệt độ tiếp tục tăng cao, hệ thống điều hòa không khí quá tải, một số phản ứng thích nghi sẽ bắt đầu kích hoạt. Trong dài hạn, liệu chúng ta có thể thích nghi với khí hậu mới như cách mà tổ tiên chúng ta sống ở hoang mạc từng làm hay không? Các cơ quan nội tạng sẽ thay đổi như cá rô châu Âu hay không? Khả năng đổ mồ hôi có thích ứng với sự khô cằn hơn? Cơ thể liệu có cao hơn, chân tay có dài hơn để tản nhiệt tốt hơn không? Sự trao đổi chất liệu có thay đổi vĩnh viễn?

Con người vốn là bậc thầy thích nghi. Giả thuyết “Lựa chọn thay đổi” đề xuất bởi Rick Potts, Giám đốc Chương trình Nguồn gốc con người của Viện Smithsonian, cho rằng chúng ta không tiến hóa để đáp ứng yêu cầu của một môi trường mà cho nhiều môi trường thay đổi và có diễn biến mới lạ. Potts viết “Trên thực tế, sự thích nghi chính yếu của vượn người đã xuất hiện trong thời gian biến động tăng cao”. Chúng ta là những cỗ máy thích ứng, sống được ở nhiều điều kiện khác biệt khắp hành tinh này. Bằng chứng sự sống ở những nơi núi cao, có lượng oxi ít hơn, có lẽ nhờ biến dị di truyền được truyền lại từ tổ tiên. Tương tự, nhà khảo cổ học Patrick Roberts và nhà nhân chủng học Brian Stewart đã lập luận trong Nature Human Behavior rằng con người đã tạo ra một hốc (ổ) sinh thái độc đáo, mà họ gọi là “Chuyên gia tổng quát”, được xác định bởi tính dẻo sinh thái. Loài chúng ta không chỉ chiếm giữ và tận dụng đa dạng môi trường mà còn đặc biệt thích ứng với một vài môi trường cực đoan trong số đó.

Nhưng rất khó khăn để xác định chính xác các đặc điểm thích nghi liên quan đến khí hậu.

Arslan Zaidi, một nhà nghiên cứu di truyền học thuộc Phòng nghiên cứu Nhân chủng học, bang Pennsylvania, đã cố gắng tìm ra một số điểm. Ông là đồng tác giả bài báo khảo sát ý tưởng sự thay đổi hình dạng mũi người là kết quả của thích nghi khí hậu – những người ở nơi khí hậu ấm áp hơn có lỗ mũi rộng hơn giúp điều hòa khí bên trong cơ thể. Kết quả cho thấy là độ rộng lỗ mũi chỉ có mối liên hệ yếu với nhiệt độ và có thể các yếu tố khác như chọn lọc giới tính đóng vai trò quan trọng không kém.

Nói điều này để thấy việc dự đoán những phản ứng sinh lý của con người khi nhiệt độ tăng là không dễ. “Tiến hóa”, Zaidi nói, “không mang tính quyết định như người ta tưởng”. Vì có tính ngẫu nhiên, thông qua trôi dạt di truyền và đột biến, nên không thể dự đoán những gì sẽ xảy ra trong tương lai. Theo ông, chọn lọc tự nhiên là một lực tiến hóa yếu ở con người, đặc biệt khi ở điểm không gây chết người hoặc hoàn toàn cần thiết cho sự tồn tại của chúng ta lúc còn nhỏ. Sức nóng là một mối đe dọa, nhưng chúng ta không có cách nào khiến nó không ảnh hưởng tới cơ thể chúng ta.

Tiến hóa cũng cần thời gian. “Sau một thời gian chờ đợi, những đột biến có lợi xuất hiện – đấy là nếu nó xuất hiện – sau đó đạt đến tần suất đủ lớn để trở nên đáng chú ý trong cộng đồng bằng lựa chọn”, Zaidi nói. Theo nhà dịch tễ học Woodward: “Chúng ta không biết sự thích nghi sẽ nhanh cỡ nào hay có thể xảy ra không, nhưng có lẽ thay đổi sinh học là không đủ. Tốc độ thay đổi là yếu tố quyết định và sự nóng lên đang diễn ra trên diện rộng nhanh hơn bao giờ hết.”.

Không rõ liệu biến đổi khí hậu có trở thành tập mới nhất trong lịch sử tiến hóa đầy những điều chỉnh thành công không, hay chỉ là lướt qua rất nhanh. Nhưng chúng ta đang tự làm nóng hồ Biotest của riêng mình và đồng hồ thì vẫn đang chạy.

———————–

#BioJulytrainghiemsong

Link Medium: https://onezero.medium.com/will-heat-remake-human-biology-7e9c9dcf8ba7

Tranh: X.Lan