Con người có thể ngủ đông trong những chuyến du hành liên sao được hay không?
Những chiếc kén ngủ đông cho phi hành gia xuất hiện xuyên suốt trong các bộ phim khoa học viễn tưởng từ 2001: A Space Odyssey (1968), cho đến Passenger (2016). Nhưng liệu ý tưởng đó có khả thi?
Nửa cuối thế kỷ 20, con người đã chinh phục được Mặt Trăng bằng những công nghệ du hành không gian hết sức thô sơ: Một tên lửa Saturn V, một chiếc máy tính có 4 KB RAM và vài chục gói thịt bò xay cho mỗi phi hành gia trong chuyến hành trình dài 8 ngày cả đi lẫn về.
Câu chuyện sẽ khác hoàn toàn khi sang thế kỷ 21, với những đích đến mới vượt ra ngoài phạm vi của Mặt Trăng. Ví dụ như điểm đến gần nhất của chúng ta là Sao Hỏa, với khoảng cách 480 triệu km, gấp khoảng 200 lần quãng đường từ Trái Đất đến Mặt Trăng.
Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) cho biết với các công nghệ tên lửa đẩy mạnh nhất hiện giờ, một chuyến bay tới Sao Hỏa vẫn phải mất từ 7-9 tháng. Các phi hành gia sẽ chỉ ở lại Sao Hỏa 3 tháng, nhưng lại mất tới tới 14-18 tháng phải đối mặt với bóng tối, căng thẳng, sự nhàm chán và những bữa ăn lặp đi lặp lại trong không gian.
Cho nên, có một ý tưởng đơn giản là: Tại sao chúng ta không tìm cách cài đặt chế độ tự lái cho con tàu rồi đưa các phi hành gia vào trạng thái ngủ đông (Hibernation)? Đó chính xác là những gì chúng ta thấy trong các bộ phim khoa học viễn tưởng, từ 2001: A Space Odyssey (1968), cho đến Avatar (2009) và Passenger (2016).
Những chiếc kén ngủ đông cho phi hành gia xuất hiện xuyên suốt trong các bộ phim khoa học viễn tưởng từ 2001: A Space Odyssey (1968), Avatar (2009) cho đến Passenger (2016).
Những phi hành gia được đưa vào một chiếc kén với đầy chất lỏng, họ sẽ đi vào trạng thái ngủ đông, để tâm trí không còn cảm giác buồn chán khi chờ đợi và tốc độ trao đổi chất giảm xuống còn có thể khiến họ không mấy già đi.
Nhưng có câu hỏi chúng ta cần trả lời lúc này là: Liệu cơ thể, cấu trúc và các quá trình sinh hóa của con người có hỗ trợ chúng ta ngủ đông được hay không?
Để trả lời câu hỏi cho con người, hãy xem các loài động vật ngủ đông như thế nào
Từ ngủ đông thường gợi đến hình ảnh một con gấu chui vào hang để nghỉ ngơi trong suốt mùa đông dài. Tuy nhiên, dù lũ gấu đã biến khỏi tầm mắt con người vài tháng, chúng không thực sự ngủ trong suốt thời gian đó.
Nếu muốn tìm kiếm một loài động vật thực sự ngủ đông toàn thời gian, bạn phải nhìn vào các loài động vật bé hơn như khỉ bụi rậm (monito del monte) dơi hoặc sóc đất. Các nhà khoa học quan sát thấy chỉ ở những loài động vật nhỏ, chúng mới thực sự giảm nhịp tim và nhịp thở trong giấc ngủ dài. Cả thân nhiệt và tốc độ trao đổi chất của chúng cũng giảm xuống đáng kể.
Khỉ bụi rậm (monito del monte) tiết kiệm được tới 76% năng lượng trong khi ngủ đông.
Trong khi đó, dơi nâu là loài vô địch trong những loài động vật ngủ đông. Chúng có thể tiết kiệm tới 98% năng lượng.
Kết quả của những quá trình sinh hóa được làm chậm xuống là: Những con khỉ bụi rậm có thể tiết kiệm tới 76% năng lượng của nó trong quá trình ngủ đông. Con số ở loài dơi nâu và một số động vật có túi khác thậm chí còn ấn tượng hơn, lên tới 98%. Mức độ tiết kiệm này khiến chúng không cần phải lãng phí công sức đi săn hoặc kiếm ăn mà vẫn sống khỏe qua mùa đông.
Nhưng gấu thì ngược lại, chúng không thực sự ngủ đông như chúng ta nghĩ. Các nhà khoa học quan sát thấy một hiện tượng: Khi trọng lượng càng tăng, tỷ trọng năng lượng mà các loài động vật tiết kiệm được trong trạng thái ngủ đông càng giảm.
Đó là bởi mỗi gam trọng lượng cơ thể động vật tiêu tốn gần như một mức năng lượng cố định trong trạng thái ngủ đông. Một con dơi nặng 25 gam tiêu thụ năng lượng chỉ bằng 1 phần 33 lần so với một con sóc đất nặng 820 gam, và bằng 1/300 lần so với một con gấu nâu.
Khi gấu xám ngủ đông, chúng thực sự chẳng tiết kiệm được tý năng lượng nào cả.
Trên thực tế, một con gấu nâu nặng 75 kg không tiết kiệm được tý năng lượng nào khi ngủ đông. Đó là bởi trước khi mùa đông tới, chúng đã phải đi ăn thật nhiều để tăng kích thước cơ thể và dự trữ mỡ. Càng tăng cân, năng lượng chúng đốt cháy càng lớn.
Kết quả là ngay cả khi gấu nâu ngủ, mức năng lượng tiêu thụ của chúng vẫn bằng so với khi chúng thức. Những con gấu xám nặng trung bình 180 kg thậm chí còn có mức tiết kiệm năng lượng âm khi ngủ. Cụ thể, trong trạng thái ngủ đông chúng tiêu thụ tới 124% năng lượng so với khi chúng thức vào mùa hè.
Liệu ngủ đông có khả thi cho con người?
Dựa trên các tính toán của mình trong một nghiên cứu mới đăng trên Tạp chí Proceedings of the Royal Society B, một nhóm các nhà khoa học đã tìm ra được một mốc cân nặng mà ở đó, trạng thái ngủ đông được cho là hiệu quả. Đó là dưới 20 kg với động vật có vú. Con người với cân nặng cỡ gấu nâu sẽ không đủ chỉ tiêu.
"Những lợi ích từ việc giảm tỷ lệ trao đổi chất trong trạng thái ngủ đông giống như một chiếc công tắc, nó chỉ bật đối với các loài động vật nhỏ, và tắt với các loài có kích thước lớn hơn", Roberto Nespolo, tác giả chính của nghiên cứu đến từ Đại học Austral de Chile cho biết. "Con người chúng ta quá lớn, vì vậy, lợi ích từ việc ngủ đông là rất ít".
Để thực sự thấy được tính khả thi của kế hoạch ngủ đông khi bay vào vũ trụ tới đâu, hãy thử áp dụng một phép toán. Giả sử bằng một công nghệ nào đó như chỉnh sửa gen, con người có thể đạt được mức độ trao đổi chất 2% ở trạng thái ngủ đông giống như dơi nâu.
Khi đó, nếu thông thường mỗi ngày một người trưởng thành cần ăn vào khoảng 12.000 kilojoules năng lượng. Thì khi chuyển sang trạng thái ngủ đông, anh ta sẽ cần 240 kilojoules. Để có được con số đó, phi hành gia sẽ cần đốt cháy 6 gam mỡ mỗi ngày.
Trong một chuyến bay tới Sao Hoả, bạn có thể tưởng tượng một người nằm gọn vào trong chiếc kén ngủ đông và giảm từ 1,26- 1,62 kg mỡ trong vòng 9 tháng. Điều này có vẻ là khả thi, hơn nữa lại phù hợp cho những ai muốn giảm cân.
Nhưng hãy nói về một chuyến bay ra xa hơn, tới Sao Hải Vương ở khoảng cách 4,5 tỷ km. Một chuyến bay như vậy có thể mất tới 40 năm và nó tương đương với 87kg chất béo cần có trong người phi hành gia nếu anh ta muốn ngủ một mạch.
Các chuyến bay vượt ra khỏi Hệ Mặt Trời, tới không gian liên sao thậm chí còn đòi hỏi khoảng thời gian ngủ đông lâu hơn. Vì vậy, về cơ bản ý tưởng ngủ đông để du hành vẫn đòi hỏi các phi hành gia phải tỉnh dậy thường xuyên để ăn và nạp năng lượng tích trữ.
Hơn nữa, Nespolo đặt ra một câu hỏi: "Ai sẽ là người tình nguyện uống thử một loại thuốc, chỉnh sửa gen hay một cuộc phẫu thuật để có thể ngủ đông với tỷ lệ tiết kiệm năng lượng lên tới 98%".
Nghiên cứu của ông rõ ràng là một bài toán mà các nhà công nghệ sinh học ở NASA và cả Cơ quan Hàng không Vũ trụ Châu Âu (ESA) cần phải giải, khi họ đang cố gắng nghiên cứu các công nghệ ngủ đông phục vụ du hành không gian.
Ngoài ra, Nespolo cũng đặt ra một câu hỏi khác: "Tại sao tế bào của một con dơi khi ngủ đông lại trao đổi chất ở tốc độ giống với tế bào của một con gấu – loài động vật rõ ràng lớn hơn nó tới 20.000 lần?".
Nếu tìm ra được điều bí ẩn trong hằng số này, may ra chúng ta mới có thể tìm ra cách để thay đổi nó. Khi hằng số trao đổi chất có thể giảm xuống gần bằng 0, lúc đó, chúng ta mới có thể mơ tưởng đến những chuyến du hành vào không gian sâu, giữa các vùng liên sao, nơi các phi hành gia có thể thực sự ngủ trong hàng chục, thậm chí hàng trăm năm mà không già đi giống như trong bộ phim Passengers.
