Sâu dưới đáy đại dương tồn tại một số loài cá mập có khả năng biến ánh sáng xanh của đại dương thành màu xanh lục sáng mà chỉ những con cá mập đồng loại mới có thể nhìn được; tuy nhiên, cách chúng phát quang sinh học vẫn luôn là bí ẩn từ trước đến nay.
Theo một nghiên cứu công bố mới được công bố trên tạp chí iScience, các nhà nghiên cứu đã xác định được tác nhân tạo ra màu xanh lục sáng của cá mập: một nhóm các chất chuyển hóa phân tử nhỏ chưa từng được biết đến trước đây. Cơ chế phát quang sinh học này không chỉ khác biệt với cơ chế phát sáng của hầu hết các sinh vật biển mà còn đảm nhiệm nhiều vai trò có ích khác cho cá mập, có thể kể đến việc giúp chúng có thể nhận ra nhau trong đại dương và chống nhiễm trùng vi khuẩn.
Cá mập mèo chuỗi.
David Gruber, giáo sư đang công tác tại Đại học thành phố New York và cũng là đồng tác giả của nghiên cứu này, cho biết: “Việc nghiên cứu phát quang sinh học dưới đại dương giống như một cuốn tiểu thuyết bí ẩn không ngừng phát triển, càng nghiên cứu thì càng có thêm nhiều bằng chứng mới. Sau khi lần đầu tiên phát hiện cá mập Swell có khả năng phát sáng, tôi cùng các cộng sự đã quyết định đi sâu vào vấn đề này. Chúng tôi muốn tìm hiểu thêm về ý nghĩa của việc phát quang sinh học đối với cá mập”.
Gruber cùng Jason Crawford - giáo sư Đại học Yale, đồng tác giả của nghiên cứu – tập trung nghiên cứu hai loài cá mập là cá mập Swell và cá mập mèo chuỗi (Scyliorhinus rotifer dottedyeti). Họ nhận ra rằng da của hai loài cá mập này có hai tông màu – sáng và tối. Họ tiến hành chiết xuất lấy các chất hóa học có trên cả hai loại da và phát hiện ra một loại phân tử huỳnh quang chỉ tồn tại ở da sáng màu.
Gruber cho hay: “Phần thú vị của nghiên cứu này là dạng hoàn toàn mới của phát quang sinh học biển của cá mập – một dạng dựa trên các chất chuyển hóa phân tử nhỏ tryptophan – kynurenine".
Những loại chất chuyển hóa phân tử nhỏ này được biết đến với tên gọi huỳnh quang. Chúng là tác nhân kích hoạt các quá trình tương tự như các quá trình xảy ra ở các động vật có xương sống khác – đóng vai trò quan trọng trong hệ thống thần kinh trung ương và hệ miễn dịch. Nhưng ở hai loài cá mập này, các biến thể huỳnh quang phân tử nhỏ mới lạ là nguyên nhân gây ra các đặc tính sinh lý và quang phổ của phần da sáng hơn. Cơ chế này khác với các loài động vật sống ở phần trên của đại dương như sứa và san hô – những loài thường sử dụng các protein huỳnh quang màu xanh lá làm cơ chế để biến ánh sáng xanh đại dương thành các màu khác.
Crawford cũng cho biết: “Đó là một hệ thống hoàn toàn khác biệt khiến các con cá mập đồng loại có thể nhìn thấy nhau mà các loài khác thì không thể. Chúng có một cái nhìn hoàn toàn khác về thế giới chúng đang sống nhờ những đặc tính phát quang sinh học mà da chúng có và mắt chúng có thể nhận ra. Hãy tưởng tượng tôi có màu xanh lá cây nhưng chỉ bạn mới có thể nhìn thấy tôi màu xanh lá trong khi những người khác không thể thử xem”.
Các phân tử cũng đóng nhiều vai trò khác, bao gồm việc giúp cho cá mập xác định lẫn nhau trong đại dương và giúp cho chúng có khả năng chống lại nhiễm trùng vi khuẩn.
“Điều thú vị là những phân tử phát quang sinh học này có đặc tính chống vi khuẩn. Những con cá mập mèo này sống dưới đáy đại dương nhưng chúng tôi không tìm thấy bất kỳ nhiễm khuẩn sinh học nào đang phát triển, Điều này đã minh chứng cho một đặc tính tuyệt vời khác của da cá mập. Nghiên cứu này mở ra những câu hỏi mới liên quan đến chức năng tiềm năng của phát quang sinh học trong phát tín hiệu hệ thần kinh trung ương, phục hồi sau nhiễm trùng vi khuẩn và bảo vệ quang điện” – Gruber phát biểu.
Mặc dù nghiên cứu tập trung chủ yếu vào hai loại cá mập, Gruber và Crawford vẫn hi vọng có thể mở rộng ra hơn nữa thành việc tìm hiểu các đặt tính phát quang và phát quang sinh học của sinh vật biển, cuối cùng dẫn đến việc phát triển các kĩ thuật hình ảnh mới.
Crawford cho biết: “Nếu bạn có thể khai thác các khả năng mà sinh vật biển có để tạo ra ánh sáng, bạn có thể tạo ra các hệ thống phân tử để chụp ảnh trong phòng thí nghiệm hoặc trong y học. Hình ảnh là mục tiêu y sinh vô cùng quan trọng mà việc nghiên cứu các loại hệ thống này có thể giúp thúc đẩy trong tương lai”.
“Cá mập là loài sinh vật thần kỳ đã tồn tại hơn 400 triệu năm nay. Cá mập mê hoặc con người và chúng nắm giữ rất nhiều bí ẩn và siêu năng lực. Nghiên cứu này đã vén màn một bí mật khác của cá mập và tôi hi vọng điều này sẽ truyền cảm hứng cho chúng ta tìm hiểu thêm về chúng, bảo vệ chúng tốt hơn” – Gruber nói