Tử cung nhân tạo cho động vật

Liệu con người có thể đạt được cột mốc thời gian mà Haldane đã đặt ra hay không? Đó vẫn còn là một câu hỏi mà các nhà khoa học chưa chắc chắn. Nhưng với động vật, chúng ta đã đạt được những bước tiến nhất định. Năm 2017, hai nhóm khoa học gia tại Mỹ, Australia và Nhật Bản đã phát triển thành công những chiếc tử cung nhân tạo có thể nuôi bào thai cừu. Những chiếc túi sinh học này được gọi là EVE, chứa bên trong đó một loại dịch lỏng vô trùng tương tự như nước ối. EVE cho phép thai nhi, ở đây là những con cừu, hít thở qua dây rốn và hấp thụ được chất dinh dưỡng một cách tự nhiên.

Năm năm sau, một nhóm các nhà khoa học Nhật Bản vừa cho biết họ cũng đã phát triển thành công một chiếc tử cung nhân tạo, lần này là cho cá mập. Các nhà khoa học tại Trung tâm Nghiên cứu Churashima và Thủy cung Churaumi, Okinawa đã nuôi thành công 2 bào thai cá mập lồng đèn, phát triển tới tháng thứ 5 và chào đời ra khỏi những chiếc tử cung nhân tạo này.

Cá mập lồng đèn đuôi mảnh (Etmopterus molleri).

Cá mập lồng đèn đuôi mảnh (Etmopterus molleri) là một loài cá mập nhỏ thuộc vào phân lớp cá mang tấm (Elasmobranchii). Hơn 80% các loài cá này được liệt kê vào nhóm đang bị đe dọa trong Sách đỏ của Liên minh Bảo tồn Thiên nhiên Quốc tế (IUNC). Bản thân cá mập lồng đèn là một loài chưa có dữ liệu thống kê về quần thể. Tuy nhiên, nuôi được loài cá này trong tử cung nhân tạo cũng có nghĩa là các nhà khoa học sẽ nuôi được các loài cá mang tấm khác.

Do đó, đây chắc chắn là một bước đột phá quan trọng, trước mắt là đối với công tác bảo tồn sinh vật biển hoang dã, sau là với công nghệ phát triển tử cung nhân tạo và sinh sản ngoài cơ thể Ectogenesis.

Một con cá mập mẹ chết, để lại 6 phôi thai trong bụng vẫn còn sống

Câu chuyện bắt đầu sau khi một nhóm ngư dân địa phương trên đảo Okinawa, Nhật Bản câu được một con cá mập lồng đèn. Khi đưa được con cá lên tàu, họ đã nuôi nó trong hộp lạnh chứa nước biển. Không may thay, con cá đã chết sau 6 tiếng hành trình trở về đất liền. Các ngư dân biết đây là một mẫu vật hiếm nên họ đã tặng xác con cá mập lồng đèn cho Thủy cung Okinawa Churaumi. Các nhà khoa học ở đây sau đó đã siêu âm xác con cá. Họ bất ngờ phát hiện đây là một con cá mập cái và nó đang mang thai. Trong tử cung, con cá mập lồng đèn này có tới 6 bào thai vẫn còn sống sót sau khi nó chết.

Cá mập lồng đèn giống như nhiều loài cá mập khác sở hữu một hình thức sinh sản đặc biệt được gọi là noãn thai sinh (Ovoviviparity). Trong đó, con cá không thực sự mang thai mà chỉ mang trứng của chính mình. Nó vẫn được tính là cá đẻ trứng, nhưng trứng sẽ được giữ trong cơ thể con mẹ cho đến khi chúng sẵn sàng nở ra. Phương thức sinh sản này khác với phương thức đẻ con ở chỗ con cá mập con không có bất kỳ liên kết nào với cơ thể mẹ. Nó không được cung cấp chất dinh dưỡng và trao đổi khí từ cá mập mẹ, không có nhau thai kết nối.

Phôi cá mập phát triển thành con nhờ chất dinh dưỡng nó dự trữ trong noãn hoàng. Thậm chí, phôi cá mập còn ăn thịt lẫn nhau trong bụng mẹ để có được chất dinh dưỡng phát triển. Điều này giải thích tại sao ngay cả sau khi con cá mập lồng đèn mẹ đã chết, 6 phôi thai trong bụng của nó vẫn còn sống sót. Các nhà khoa học Nhật Bản vì vậy đã quyết tâm nuôi những phôi thai này, bằng một công nghệ tử cung nhân tạo mà họ đang phát triển.

Họ chọn ra 2 phôi nguyên vẹn nhất, là những phôi đã ăn thịt những phôi khác trong bụng cá mập mẹ, rồi đặt chúng vào hệ thống tử cung nhân tạo. Mỗi hệ thống này bao gồm 3 buồng trụ sâu khoảng 60 cm. Trong đó, một buồng có chức năng dự trữ, một buồng là hệ thống lọc còn một buồng chính, là nơi phôi cá mập sẽ được nuôi trong đó.

Toàn bộ hệ thống được duy trì ở nhiệt độ 12 độ C và có thêm một hệ thống ngoại vi cung cấp chất lỏng ủ mới liên tục.

Mỗi buồng đều được tưới bằng một loại "chất lỏng ủ" giống như nước ối với tốc độ ổn định 10 lít/phút từ dưới lên. Phôi cá mập được đặt vào hai lọ nhựa 500 ml riêng biệt ở trong buồng chính, và được đậy bằng lưới nhựa tạo điều kiện cho chất lỏng trao đổi tự do. Toàn bộ hệ thống được duy trì ở nhiệt độ 12 độ C và có thêm một hệ thống ngoại vi cung cấp chất lỏng ủ mới liên tục. Nói về chất lỏng ủ, hay dịch tử cung nhân tạo, các nhà khoa học Nhật Bản đã pha nó bằng huyết tương máu cá mập, cộng với 100 lít nước biển lọc sạch, 46 lít nước máy và 3,5 kg ure để đạt được độ mặn và độ thẩm thấu giống với môi trường trong tử cung cá mập nhất.

Một thất bại nhưng vẫn là đột phá

Kết quả theo dõi cho thấy suốt một tháng đầu, phôi hai con cá mập con này vẫn hoàn toàn bất động. Điều này khiến các nhà khoa học ban đầu hoài nghi rằng chúng đã chết. Tuy nhiên, tới tháng thứ 2, các phôi thai cá mập bắt đầu cử động được trong môi trường tử cung nhân tạo. Chúng lớn dần lên và đạt tới chiều dài 15 cm. Đến ngày thứ 146, các nhà khoa học Nhật Bản quyết định phôi số 1 của họ nên được "chào đời". 

Đó là khi noãn hoàng của phôi đã rút hết, họ sẽ đưa con cá mập này ra khỏi tử cung nhân tạo, sang một bể nước biển bên ngoài. Các nhà khoa học định nghĩa đây là hoạt động "sinh nhân tạo". Nhưng thật không may, con cá mập con số 1 đã không thích nghi được với môi trường nước biển và chết 4 ngày sau đó.

Con cá mập thứ hai tiếp tục được nuôi trong tử cung nhân tạo cho tới ngày 160. Nó được chào đời theo hình thức tương tự, nhưng cuối cùng cũng chết ở ngày thứ 25. Mặc dù vậy, có một tiến bộ với con cá mập số 2 này là trong cuộc đời ngắn ngủi của mình, nó đã ăn được 2 bữa, một bữa 0,1 gram thịt tôm ở ngày tuổi thứ 2 và một bữa 0,15 gram thịt cá thu ở ngày tuổi thứ 9.

Khoảnh khắc sinh nhân tạo của con cá mập lồng đèn.

Các nhà khoa học cho biết công trình của họ không thực sự thành công, nhưng họ đã đạt được tới kỷ lục của việc nuôi phôi thai cá mập trong tử cung nhân tạo. Tổng thời gian sống của hai phôi này là 150 và 184 ngày. Trong so sánh, phôi cá mập sẽ chỉ sống được trung bình 5-7 ngày trong nước biển thông thường. Đây cũng là kỷ lục nuôi phôi sống của các loài trong phân lớp cá mang tấm (Elasmobranchii). Vì vậy, công nghệ này trước mắt có thể được ứng dụng cho các đơn vị bảo tồn, khi họ muốn nuôi các phôi thai trong chương trình nhân giống với tỷ lệ thành công cao hơn.

Trong tương lai, các nhà khoa học vẫn phải cải tiến nó, tìm hiểu tại sao những con cá mập sau khi chào đời từ môi trường tử cung nhân tạo của họ lại không thể sống sót. Nhận định ban đầu của họ có lẽ là môi trường nước biển sau sinh không phù hợp.

"Thách thức kỹ thuật còn lại là làm thế nào để thích nghi một cách an toàn các mẫu vật đã ủ với môi trường nước biển sau khi "sinh nhân tạo". Chúng tôi đã cố gắng thực hiện quá trình này bằng cách cho các mẫu vật tiếp xúc với nước biển một cách định kỳ trước khi "sinh nhân tạo", mặc dù cách làm này cuối cùng đã không thành công", nhóm nghiên cứu viết.