Côn trùng có ngủ không: ruồi giấm, ong mật và giấc ngủ tí hon

Côn trùng có ngủ. Ong mật đi kiếm ăn ngủ vào ban đêm, râu rũ xuống, thân chùng lại; ruồi giấm ngủ nhiều giờ mỗi ngày và ngủ bù khi bị quấy, điều được hai nhóm nghiên cứu chứng minh độc lập năm 2000. Ruồi giấm còn giúp phát hiện cơ chế đồng hồ sinh học, đem lại giải Nobel Y sinh 2017.

Ngủ ở côn trùng trông như thế nào

Côn trùng không có mí mắt và não của chúng nhỏ hơn đầu kim. Nên nghe "côn trùng ngủ" nhiều người nghĩ là cách nói ví von. Nhưng nếu dùng đúng tiêu chí mà các nhà khoa học áp dụng cho mọi loài, côn trùng đạt đủ:

• Có giai đoạn bất động kéo dài, với tư thế đặc trưng.
• Giai đoạn đó lặp lại theo nhịp ngày đêm.
• Phản ứng với kích thích bị chậm lại, phải kích thích mạnh hơn mới tỉnh.
• Bị đánh thức thì tỉnh lại nhanh.
• Thiếu ngủ thì sau đó ngủ bù.

Hai loài được nghiên cứu nhiều nhất là ong mật và ruồi giấm.

Ong mật: người mở đường là Walter Kaiser

Nhà sinh học Đức Walter Kaiser từ đầu thập niên 1980 kiên nhẫn quan sát ong mật kiếm ăn vào ban đêm trong tổ thí nghiệm. Ông mô tả những con ong đứng yên rất lâu, đầu cúi xuống, râu rũ xuống và thôi đung đưa, cơ thể như chùng lại, có lúc chân hơi khuỵu. Trong các nghiên cứu ghi hoạt động thần kinh, ông thấy ở trạng thái này ong phản ứng kém hơn với ánh sáng. Công trình của Kaiser và cộng sự công bố trên Nature năm 1983 thường được coi là một trong những bằng chứng sớm nhất về giấc ngủ ở côn trùng.

Ong già và ong trẻ ngủ khác nhau

Trong một tổ ong, ong trẻ làm việc bên trong (nuôi ấu trùng, dọn tổ) và ong lớn tuổi hơn ra ngoài kiếm mật. Nghiên cứu của nhóm Guy Bloch (Israel) cho thấy ong kiếm ăn có nhịp ngủ ngày đêm rõ, ngủ chủ yếu ban đêm; còn ong trẻ trong tổ ngủ rải rác cả ngày lẫn đêm theo từng giấc ngắn, không theo nhịp rõ. Điều này hợp lý: ấu trùng cần chăm sóc suốt ngày đêm, còn hoa chỉ có mật khi trời sáng.

Ong thường ngủ ở rìa tổ hoặc chui đầu vào một ô sáp trống. Một số loài ong sống đơn độc và ong đực có tập tính ngủ ngoài trời, cắn hàm vào thân cây cỏ và treo mình qua đêm.

Ong thiếu ngủ "chỉ đường" kém hơn

Ong kiếm ăn báo cho đồng loại vị trí nguồn hoa bằng điệu múa lắc: hướng của đoạn lắc so với phương thẳng đứng cho biết hướng bay so với mặt trời. Năm 2010, Barrett Klein và cộng sự công bố trên tạp chí PNAS một thí nghiệm dùng thiết bị lắc nhẹ tổ ong ban đêm để làm ong thiếu ngủ. Hôm sau, các con ong thiếu ngủ vẫn múa, nhưng góc chỉ hướng kém chính xác hơn rõ. Một thông tin sai lệch nhỏ có thể khiến cả nhóm ong bay lệch khỏi nguồn hoa.

Đây là một trong những ví dụ đẹp nhất cho thấy thiếu ngủ làm giảm độ chính xác của việc truyền đạt thông tin, ngay cả ở một bộ não chỉ khoảng một triệu tế bào thần kinh.

Ruồi giấm: năm 2000, hai nhóm cùng chứng minh

Ruồi giấm (Drosophila melanogaster) là con vật thí nghiệm quen thuộc của di truyền học. Năm 2000, hai nhóm nghiên cứu độc lập cùng công bố bằng chứng ruồi giấm ngủ:

• Hendricks và cộng sự (nhóm Amita Sehgal và Allan Pack, Đại học Pennsylvania), trên tạp chí Neuron.
• Shaw và cộng sự (nhóm Giulio Tononi, khi đó ở Viện Khoa học Thần kinh San Diego), trên tạp chí Science.

Họ thấy ruồi nằm bất động nhiều giờ mỗi ngày, chủ yếu ban đêm, có thêm một giấc "trưa" ban ngày. Khi bất động trên năm phút, ruồi cần kích thích mạnh hơn mới phản ứng. Bị lắc liên tục cả đêm, hôm sau ruồi ngủ bù. Ruồi già ngủ rời rạc hơn ruồi trẻ, giống như ở người. Và caffeine làm ruồi thức nhiều hơn.

Ruồi đột biến ngủ ít

Vì dễ tạo đột biến gen, ruồi giấm giúp tìm ra nhiều gen ảnh hưởng tới giấc ngủ. Năm 2005, nhóm của Chiara Cirelli và Giulio Tononi báo cáo trên Nature những con ruồi mang đột biến ở gen Shaker chỉ ngủ khoảng một phần ba so với ruồi bình thường. Những con ruồi này có tuổi thọ ngắn hơn và học kém hơn. Về sau còn nhiều gen khác được tìm ra theo cách này.

Thiếu ngủ cực độ ở ruồi

Năm 2020, nhóm của Dragana Rogulja (Đại học Harvard) công bố trên tạp chí Cell rằng ruồi bị ngăn ngủ kéo dài sẽ chết sớm, và trước khi chết có sự tích tụ các phân tử oxy hoá có hại trong ruột. Đây là nghiên cứu trên ruồi; không nên suy thẳng ra người, nhưng nó gợi ý giấc ngủ liên quan tới những quá trình bảo vệ cơ thể ngoài não.

Ruồi giấm và giải Nobel 2017

Đồng hồ sinh học, thứ điều khiển giờ ngủ giờ thức, được hiểu ở mức phân tử phần lớn nhờ ruồi giấm. Năm 1971, Ronald Konopka và Seymour Benzer tìm ra những con ruồi đột biến có nhịp ngày đêm bị rối, gen liên quan được đặt tên là period. Thập niên 1980, Jeffrey Hall, Michael Rosbash và Michael Young tách được gen này và giải mã cơ chế: protein do gen tạo ra tích tụ ban đêm, giảm ban ngày, tạo thành vòng phản hồi chạy theo chu kỳ khoảng 24 giờ. Ba ông nhận giải Nobel Y sinh năm 2017. Ở người cũng có những gen tương tự.

Các mốc chính về giấc ngủ côn trùng

Còn gián, muỗi, bọ cánh cứng?

Trạng thái giống giấc ngủ đã được ghi nhận ở gián (nghiên cứu của Irene Tobler từ thập niên 1980), ở một số loài bọ và cả bọ cạp, vốn không phải côn trùng mà là họ hàng của nhện. Muỗi có nhịp hoạt động ngày đêm rất rõ: muỗi vằn truyền sốt xuất huyết chủ yếu đốt ban ngày, nhiều loài muỗi khác đốt lúc chiều tối và ban đêm. Giấc ngủ của muỗi được nghiên cứu ít hơn, nhưng nhịp sinh học của chúng là lý do lời khuyên phòng muỗi đốt ở Việt Nam nhấn mạnh cả ban ngày lẫn ban đêm.

Góc nhìn hôm nay

Việc ruồi giấm và ong mật ngủ cho thấy giấc ngủ không phải phát minh của động vật có xương sống. Ở một bộ não chỉ khoảng một trăm nghìn (ruồi giấm) tới một triệu (ong mật) tế bào thần kinh, giấc ngủ vẫn cần thiết, vẫn bị điều khiển bởi đồng hồ sinh học, và thiếu nó vẫn có hậu quả.

Với người, thí nghiệm ong múa là một hình ảnh dễ nhớ: thiếu ngủ không nhất thiết làm ta ngừng làm việc, nhưng làm việc kém chính xác hơn mà ta không nhận ra. Một người thiếu ngủ vẫn gửi email, vẫn lái xe, vẫn tính toán, chỉ là sai lệch nhiều hơn.

Nếu có dịp đến các trại ong, hãy hỏi người nuôi về giờ ong về tổ và nghỉ đêm. Đứng gần tổ ong vào buổi tối có thể nghe tiếng rì rầm khác hẳn ban ngày. Giữ khoảng cách an toàn và mặc đồ bảo hộ theo hướng dẫn của người nuôi.