Gần đây, Trung tâm khoa học nano lượng tử thuộc Viện Khoa học Cơ bản (IBS) đã phát triển một phương tiện lưu trữ có kích cỡ nguyên tử1 và giành được nhiều giải thưởng trong các lĩnh vực liên quan. Nhân loại đã bước qua thế kỷ của vi mô là thế kỷ 20, và đang tiến tới đỉnh cao của công nghệ nano trong thế kỷ 21.
1. Kích cỡ đơn vị nano. Để tham khảo, 1㎚ (nanomet) bằng một phần tỷ của 1m (mét).
Một phương tiện lưu trữ vi mô và ổn định là kết quả nghiên cứu sau hơn một thế kỷ đã được đặt trên đầu chúng ta từ thời xưa. Đó là sợi tóc.
Tóc đã bắt đầu mọc trước cả khi một người được sinh ra. Nang tóc2 có thể được tìm thấy trong mô da sau 7 tuần thụ tinh. Trong khoảng 10 – 13 tuần của thai kỳ, tóc bắt đầu mọc trên da đầu và đến tuần thứ 20, lông mày và lông mi xuất hiện, rồi bào thai được bao phủ bởi một lớp lông tơ mịn. Trong khoảng từ 33 – 37 tuần, phần lớn lông tơ sẽ rụng đi và các sợi tóc sẽ trở nên dày hơn.
2. Nang tóc là lớp mô bì bao quanh chân tóc và cung cấp dưỡng chất cho tóc.
Trong suốt cả cuộc đời, ngay từ khi còn là phôi thai, chúng ta có rất nhiều mối quan tâm về tóc khi chúng quá dày, quá mỏng, quá dài hay quá ngắn. Tại sao chúng ta có tóc, và tóc có những vai trò gì? Hãy cùng lắng nghe câu chuyện được cho biết bởi một sợi tóc mỏng.
Bảo vệ não bằng cách loại bỏ bộ lông
Xét về mặt sinh học, con người được xếp vào nhóm linh trưởng. Một trong những đặc điểm chính để phân biệt con người với các loài linh trưởng khác là da chúng ta không có lớp lông dày. Ngay cả khi để râu hay tóc thì chắc chắn da của con người vẫn mịn màng hơn so với tinh tinh và đười ươi. Lý do là gì vậy?
Trong số các loài động vật thì con người có bộ não lớn hơn so với kích thước cơ thể. Mô não đặc biệt nhạy cảm với nhiệt độ. Tình trạng say nắng có thể xảy ra khi nhiệt độ cơ thể của bạn lên đến 40℃ và thậm chí chỉ tăng nhẹ 2℃ cũng đã có thể gây chết não. Để tránh tình huống đe dọa đến tính mạng, cơ thể phải giải phóng nhiệt trước khi nhiệt độ trung tâm của cơ thể3 tăng trên mức bình thường. Nếu da người có bộ lông dày giống như các loài linh trưởng khác, nó sẽ ngăn chặn mọi luồng nhiệt và khiến việc kiểm soát nhiệt độ cơ thể trở nên khó khăn hơn.
3. Nhiệt độ trung tâm của cơ thể là nhiệt độ của máu trong tim và ảnh hưởng đến nhiệt độ mô não.
Các nhà khoa học giả định rằng ban đầu con người từng có rất nhiều lông. Vì chỉ cần đi bộ 10 – 20 phút cũng có thể dẫn đến say nắng nên giờ đây cơ thể người chỉ còn lại những sợi lông cần thiết mà thôi. Dù chưa có nguyên nhân lý giải rõ ràng nhưng điều này đã giúp con người duy trì nhiệt độ cơ thể ở mức 36,5℃ và bảo vệ được các mô não.
Tóc là một phần của số lông còn sót lại, che phủ phần đỉnh cơ thể và bảo vệ não và da đầu trước thế giới bên ngoài. Khi đầu va chạm với thứ gì đó, tóc sẽ đóng vai trò là tuyến phòng thủ đầu tiên của cơ thể. Chúng cung cấp tấm đệm để hấp thụ chấn động mà nhờ đó não không bị ảnh hưởng trực tiếp. Tóc đóng vai trò như một lớp bảo vệ da đầu khỏi tia cực tím (UV) mạnh từ ánh nắng mặt trời vào mùa hè, đồng thời giúp ngăn chặn sự thoát nhiệt ra không khí bên ngoài để cơ thể có thể chống chọi với giá lạnh vào mùa đông.
Vì sao tóc rụng?
Tóc đã gắn bó với loài người từ rất lâu rồi. Tuy nhiên chúng cứ rụng một cách bất lực. Đôi khi chỉ có một vài sợi rụng xuống, nhưng đôi khi là cả một nắm tóc. Sẽ thật tuyệt nếu tóc cứ ở đó như vậy mãi, thế nhưng vì sao chúng cứ rụng đi vậy?
Nguyên nhân chính dẫn đến rụng tóc là do mỗi loại tóc trên cơ thể người có tuổi thọ riêng. Giống như hoa hồng sharon trên cùng một cây, liên tục nở rồi lại héo đi thì tất cả các loại lông trong đó có tóc sẽ rụng đi sau một thời gian nhất định và mọc lại ở vị trí cũ. Ba giai đoạn không ngừng lặp lại này được gọi là “chu kỳ tóc”, gồm có anagen, catagen và telogen. Giai đoạn phát triển của tóc thường kéo dài sáu năm. Ngược lại, các loại lông khác như lông mày, lông mi và lông tơ có chu kỳ dưới sáu tháng và phát triển với tốc độ bằng một nửa tốc độ của tóc. Đó cũng là lý do chúng mọc ngắn hơn nhiều so với tóc.
Tế bào nang tóc phân chia tích cực trong giai đoạn tăng trưởng, kéo dài từ hai đến sáu năm. Thông thường, tóc mọc khoảng 0,4 ㎜ mỗi ngày, 1㎝ mỗi tháng và 15㎝ mỗi năm. Tuy nhiên có rất nhiều yếu tố khác nhau tác động đến tốc độ mọc tóc, chẳng hạn như giới tính, độ tuổi, dân tộc, tình trạng sức khỏe và mùa.
Hầu như tất cả các tế bào tóc đều sẽ chết sau khi trải qua giai đoạn tăng trưởng, bước vào giai đoạn chuyển đổi kéo dài trong vài tuần. Sau đó là quá trình tạo ra tóc mới với các tế bào mới. Trong giai đoạn thoái hóa kéo dài từ 4 – 6 tháng, quá trình phân chia tế bào bị ngừng lại và tóc sẽ rụng. Khi đó các nang tóc sẽ nghỉ ngơi và chuẩn bị quay lại giai đoạn tăng trưởng.
Thông thường, 85% tóc của chúng ta đang trong giai đoạn tăng trưởng và 15% còn lại là ở giai đoạn chuyển đổi hoặc thoái hóa. Nhiều người hay thở dài lo lắng khi thấy tóc rụng vào mỗi sáng, thế nhưng khi nghĩ rằng trên đầu một người khỏe mạnh có khoảng 100.000 sợi tóc thì việc rụng từ 55 đến 100 sợi mỗi ngày hoàn toàn là điều bình thường.
Ba lớp tóc mỏng nhưng chắc khỏe
Thân tóc là phần tóc phía trên da đầu mà mọi người thường nghĩ đến khi nghe từ tóc, và phần bên trong nang tóc dưới da đầu được gọi là chân tóc. Thân tóc thường có đường kính từ 50 – 100 ㎛ (micromet4) và gồm ba lớp.
4. Một micromet bằng một phần triệu của một mét.
Cấu trúc thân tóc gồm có ba lớp: lớp biểu bì, lớp giữa và lớp tủy. Tủy là lớp trong cùng của thân tóc có chứa đầy không khí. Càng chứa nhiều không khí thì trông mái tóc sẽ càng sáng bóng hơn. Tủy gồm các tế bào hình tổ ong không đều và thường được tìm thấy ở sợi tóc dày.
Lớp giữa tạo ra 80% sợi tóc, quyết định độ đàn hồi, độ chắc khỏe, kết cấu và màu sắc của tóc. Các tế bào trong lớp giữa tạo thành các sợi keratin dày giúp mái tóc chắc khỏe và linh hoạt. Eumelanin là sắc tố tối và pheomelanin là sắc tố sáng quyết định màu tóc cũng được tìm thấy trong lớp giữa của tóc. Tóc của người Đông Bắc Á thường có nhiều eumelanin hơn, còn người Bắc Âu có nhiều pheomelanin hơn. Bởi vậy mà màu tóc có thể sẽ khác nhau tùy theo dân tộc. Tuy nhiên nếu lượng melanin giảm đi thì tóc sẽ chuyển về màu tóc gốc là màu trắng. Điều này xảy ra với tất cả mọi người dẫu tỷ lệ bạc tóc của mỗi người là khác nhau.
Lớp ngoài cùng là lớp biểu bì có độ dày từ 0,3 – 0,5 ㎛. Các tế bào biểu bì sản xuất keratin chồng lên nhau như vảy, bao phủ phần tóc bên trong và bảo vệ tóc khỏi các kích thích bên ngoài như nhiệt, ánh sáng và hóa chất. Các tế bào biểu bì hơi nổi về hướng ngọn tóc có tác dụng ngăn không cho côn trùng có hại leo lên da đầu. Nếu nắm tóc và vuốt theo chiều xuôi xuống thì sẽ thấy tóc rất suôn mượt nhưng khi vuốt ngược lại thì không dễ như vậy.
Cấu trúc ba lớp này giúp tóc chắc khỏe ngay cả khi tóc mỏng. Trong câu chuyện cổ tích “Rapunzel” của anh em nhà Grimm có cảnh phù thủy và hoàng tử leo lên đỉnh tháp bằng cách nắm lấy mái tóc dài của Rapunzel. Điều này nghe có vẻ chỉ là chi tiết phi lý trong truyện cổ tích, thế nhưng một sợi tóc tiềm ẩn nhiều sức mạnh hơn chúng ta nghĩ. Dĩ nhiên sức mạnh này có thể khác nhau tùy theo độ dày, mức độ hư tổn, chất dinh dưỡng và lượng ẩm bên trong tóc nhưng thông thường, một sợi tóc có thể chống đỡ đến 150 gram. Giả sử Rapunzel có 100.000 sợi tóc thì xét về mặt lý thuyết, mái tóc của cô ấy có thể chịu được sức nặng lên đến 15 tấn.
Những thông tin có thể biết được từ một sợi tóc
Ngày nay, không hiếm trường hợp tội phạm được xác định bằng sợi tóc rơi tại hiện trường vụ án, và mối quan hệ huyết thống giữa cha mẹ và con cái cũng được xác minh thông qua sợi tóc. Trên thực tế, một sợi tóc chứa lượng thông tin rất lớn.
Vì trình tự của chuỗi phân tử ADN ở mỗi người là khác nhau nên chúng có thể được sử dụng để nhận dạng giống như dấu vân tay. Thậm chí phần chân tóc gồm các tế bào xôma đã hóa thạch cũng có ADN. Qua đó, bằng cách trích xuất ADN và phân tích gen mà có thể đoán được giới tính, tuổi tác, chiều cao, ngoại hình của chủ nhân và thậm chí là cả căn bệnh mà người đó có khả năng mắc phải. Trước đây, công nghệ kỹ thuật đã chỉ giới hạn ở việc phân lập ADN ty thể từ tế bào. Tuy nhiên, con người đã phát triển công nghệ phân lập ADN nhân hoặc bộ gen giúp dễ dàng chiết xuất ADN mà chứa đựng nhiều thông tin hữu ích trong tóc.
Khi uống một loại thuốc nào đó, thành phần của thuốc sẽ được hấp thụ vào chân tóc thông qua các mao mạch. Vì thuốc khiến keratin di chuyển dọc theo sợi tóc mọc từ chân tóc nên bạn có thể biết được liệu trình dùng thuốc và thời điểm dùng thuốc bằng cách xem các thành phần theo độ dài của tóc. Ngoài ra còn có quá trình phân tích khoáng chất mô tóc nhằm đánh giá sự mất cân bằng dinh dưỡng bên trong cơ thể, chẳng hạn như thừa hay thiếu chất dinh dưỡng bằng cách so sánh và phân tích khoảng 30 loại khoáng chất và 8 thứ kim loại nặng trong tóc, từ đó gợi ý hướng cần thực hiện để duy trì sức khỏe.
Không cần đi khám tổng thể mà chỉ cần nhìn bằng mắt thường cũng có thể đoán được tình trạng sức khỏe. Tóc có mối quan hệ mật thiết với máu bởi chúng phát triển bằng cách nhận chất dinh dưỡng từ máu não. Việc đưa máu lên não đối với con người là loài đi và đứng thẳng thường khó hơn so với các loài động vật khác. Vì lý do này mà đôi khi những người thiếu máu hay bị rụng tóc, bởi tóc đã không được cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng.
Tóc mọc ra và phát triển không ngừng, lặp đi lặp lại ở cùng một vị trí trong suốt cuộc đời của mỗi người, bảo vệ da đầu và tiết lộ vô số thông tin. Sức mạnh và lượng thông tin ẩn chứa trong một không gian mỏng manh và mảnh khảnh như vậy quả là điều ngoài sức tưởng tượng.
“Đừng sợ kẻ giết thân thể mà không giết được linh hồn; nhưng thà sợ Đấng làm cho mất được linh hồn và thân thể trong địa ngục. Hai con chim sẻ há chẳng từng bị bán một đồng tiền sao? Và ví không theo ý muốn Cha các ngươi, thì chẳng hề một con nào rơi xuống đất. Tóc trên đầu các ngươi cũng đã đếm hết rồi. Vậy, đừng sợ chi hết, vì các ngươi quí trọng hơn nhiều con chim sẻ.”Mathiơ 10:28-31
- Tham khảo
- Park Cheol Won. 탈모, 발모, 머리카락 세포 (Rụng tóc, mọc tóc, tế bào tóc). Hàn Quốc: Book Lab, 2013.
- Stenn, Kurt. Hair: A Human History (Tóc: Lịch sử loài người). New York, NY: Pegasus Books, 2016.
- Lee Hwa Yeong. 라푼젤도 모르는 머리카락의 비밀 (Bí mật của mái tóc mà ngay cả Rapunzel cũng không biết). Kids Donga Science Tập 5, số tháng 5 năm 2011.