Vì sao động vật khó trong suốt: cái giá của sự vô hình

Trong suốt khó vì mọi tế bào sống đều chứa những thứ làm lệch ánh sáng: màng tế bào, nhân, giọt mỡ, sợi protein, mỗi thứ có chiết suất hơi khác nhau và tán xạ ánh sáng. Thêm vào đó, có những cơ quan buộc phải hấp thụ ánh sáng mới làm được việc, như võng mạc của mắt, hay chứa thứ có màu, như máu đỏ và thức ăn trong ruột. Vì vậy sinh vật trong suốt phải trả giá: thu nhỏ hoặc giấu những bộ phận không thể trong suốt, hy sinh sắc tố chống nắng, và gần như chỉ sống được dưới nước.

Ánh sáng đi qua cơ thể như thế nào

Một vật trong suốt khi ánh sáng đi qua nó mà không bị hấp thụ và không bị tán xạ nhiều.

• Hấp thụ xảy ra khi có sắc tố: melanin ở da, hemoglobin ở máu, các sắc tố thị giác ở mắt. Chúng "ăn" mất một phần ánh sáng, làm vật có màu hoặc tối đi.
• Tán xạ xảy ra mỗi khi ánh sáng gặp ranh giới giữa hai chất có chiết suất khác nhau. Một cốc nước trong suốt, nhưng khuấy thêm sữa vào thì đục, vì hàng triệu giọt mỡ nhỏ trong sữa tán xạ ánh sáng ra mọi hướng.

Tế bào sống giống ly sữa hơn ly nước: đầy những cấu trúc nhỏ với chiết suất khác với chất lỏng xung quanh. Mô sinh học thông thường vì vậy đục, giống miếng thịt hay miếng đậu phụ. Muốn trong suốt, cơ thể phải sắp xếp lại mọi thứ để giảm tối đa những ranh giới đó.

Vì sao gần như chỉ có ở dưới nước

Chiết suất của không khí xấp xỉ 1,0; của nước khoảng 1,33; của mô sinh học thường trong khoảng 1,35–1,55. Ở dưới nước, chênh lệch giữa mô và môi trường nhỏ, ánh sáng phản xạ ở bề mặt cơ thể rất ít. Ở trên cạn, chênh lệch giữa mô và không khí lớn hơn nhiều, nên bề mặt cơ thể lấp lánh, phản chiếu như mặt kính cửa sổ.

Đó là lý do đại dương có vô số sinh vật trong suốt, còn trên cạn chỉ có vài ví dụ cục bộ như cánh bướm cánh kính, bụng ếch thuỷ tinh, cánh chuồn chuồn. Trên cạn, trong suốt hoàn toàn gần như không đem lại lợi thế: bạn vẫn lóe sáng mỗi khi nắng chiếu.

Những bộ phận không thể trong suốt

Đôi mắt: cái giá không thể tránh

Mắt là bài toán khó nhất. Một võng mạc trong suốt tức là không bắt được ánh sáng, tức là mù. Nên gần như mọi sinh vật trong suốt có mắt đều để lộ hai chấm đen. Ấu trùng cá, tôm nhỏ, mực non đều thế. Một số loài làm mắt nhỏ lại; một số bọc mắt trong lớp gương phản chiếu để nó "biến" theo kiểu cá bạc; một số sinh vật như sứa, salp dùng các điểm cảm quang nhỏ thay vì mắt lớn. Cái giá của tàng hình ở đây được trả bằng thị lực.

Ruột: chỗ hở chết người

Một con tôm trong suốt vừa ăn một con tảo màu xanh sẽ có cái ruột xanh nổi bật. Tệ hơn, ở biển sâu nhiều con mồi tự phát sáng. Nhiều sinh vật trong suốt có ruột hình kim nhỏ dài, xếp dọc thân thẳng đứng, để khi nhìn từ dưới lên chỉ thấy một chấm nhỏ thay vì một khối lớn. Một số loài bọc ruột bằng lớp gương bạc. Một số khác có ruột đỏ hoặc đen để chặn ánh sáng con mồi.

Cái giá thứ hai: không có kem chống nắng

Melanin và các sắc tố khác không chỉ tạo màu mà còn che chở tế bào khỏi tia tử ngoại. Một sinh vật trong suốt sống ở tầng nước nông, nơi tia UV xuyên xuống được vài chục mét trong nước trong, phải chịu rủi ro tổn thương DNA. Nhiều sinh vật phù du trong suốt chứa các hợp chất giống axit amin có khả năng hấp thụ tia UV (mycosporine-like amino acids), lọc tia tử ngoại nhưng vẫn trong suốt với ánh sáng khả kiến. Một số khác chọn lặn sâu ban ngày, lên nông ban đêm. Trong suốt vì thế luôn đi kèm một sự đánh đổi giữa tàng hình và an toàn trước ánh nắng.

Cái giá thứ ba: bị lộ dưới ánh sáng phân cực

Ánh sáng tự nhiên dưới nước một phần bị phân cực, tức sóng ánh sáng dao động theo một hướng ưu tiên. Nhiều mô trong suốt, như cơ và collagen, làm thay đổi trạng thái phân cực của ánh sáng đi qua. Mắt người không thấy được điều này, nhưng một số loài mực, bạch tuộc, tôm và cá nhạy với ánh sáng phân cực. Các nghiên cứu, trong đó có công trình của Sönke Johnsen (Đại học Duke), gợi ý rằng sinh vật trong suốt có thể "hiện hình" trước những kẻ săn có mắt nhạy phân cực. Tàng hình với mắt này không có nghĩa là tàng hình với mắt khác.

Cái giá thứ tư: không thể khoe

Nhiều loài động vật dùng màu sắc để tìm bạn tình, đánh dấu lãnh thổ hay cảnh báo kẻ thù. Một sinh vật trong suốt từ bỏ gần hết những tín hiệu đó. Có lẽ không phải ngẫu nhiên mà nhiều sinh vật trong suốt dùng ánh sáng sinh học, hoá chất hay rung động để giao tiếp thay cho màu sắc.

Trong suốt trong phòng thí nghiệm

Các nhà khoa học tận dụng chính sự trong suốt để nghiên cứu cơ thể sống:

• Cá ngựa vằn "casper": dòng cá ngựa vằn (zebrafish) được tạo ra năm 2008 ở Bệnh viện Nhi Boston, mất sắc tố nên trưởng thành vẫn gần như trong suốt, giúp quan sát tế bào ung thư di chuyển trong cơ thể sống.
• Cá Danionella: loài cá nhỏ ở Myanmar, trưởng thành vẫn khá trong suốt, được dùng để quan sát hoạt động não khi cá đang bơi.
• Làm trong mô: các kỹ thuật như CLARITY (công bố năm 2013) dùng hoá chất loại bỏ mỡ và cân bằng chiết suất để biến mô não chuột đã chết thành trong suốt, chỉ dùng trong nghiên cứu. Đây chính là áp dụng nguyên lý mà sứa và salp đã dùng: giảm chênh lệch chiết suất bên trong mô.

Góc nhìn hôm nay: tự thấy cái giá của sự trong suốt

Ở Việt Nam, người chơi cá cảnh quen thuộc với cá trèn kính (Kryptopterus vitreolus), loài cá da trơn nhỏ thân trong như thuỷ tinh, thấy rõ xương sống. Nhìn kỹ, bạn sẽ thấy đúng những "chỗ hở" đã kể: đôi mắt, khối ruột nhỏ gọn ở gần đầu, và xương sống. Đó là cái giá mà cả loài cá ấy phải trả.

• Thử nghiệm ly sữa: rót một ly nước trong, nhỏ từng giọt sữa vào và quan sát ly nước đục dần. Mỗi giọt sữa là hàng triệu "ranh giới" tán xạ ánh sáng, giống những gì có trong tế bào.
• Đọc thêm: cuốn The Optics of Life (Nhà xuất bản Đại học Princeton, 2012) của Sönke Johnsen giải thích ánh sáng và sinh vật bằng ngôn ngữ dễ hiểu, có cả chương về trong suốt.