Cá phổi Nam Mỹ có bộ gene động vật lớn nhất Trái đất

Các nhà khoa học đã giải trình tự bộ gene của loài cá phổi Nam Mỹ và phát hiện ra rằng, nó lớn gấp khoảng 30 lần bản thiết kế di truyền của con người.

Cá phổi Nam Mỹ là một loài sinh vật phi thường, theo một nghĩa nào đó, nó là một hóa thạch sống. Sống ở vùng nước chảy chậm và tù đọng ở Brazil, Argenetina, Peru, Colombia, Venezuela, Guiana thuộc Pháp và Paraguay, đây là họ hàng gần nhất còn sống của các loài động vật có xương sống trên cạn đầu tiên và rất giống với tổ tiên nguyên thủy của chúng có niên đại hơn 400 triệu năm.

Một con cá phổi Nam Mỹ trong phòng thí nghiệm của tại Đại học bang Louisiana (Mỹ). (Nguồn: Reuters).

Theo một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature trong tuần, loài cá nước ngọt này cũng có một điểm khác biệt nữa, nó có bộ gene lớn nhất so với bất kỳ loài động vật nào trên Trái đất. Các nhà khoa học hiện đã giải trình tự bộ gene của loài này và phát hiện ra rằng, nó lớn gấp khoảng 30 lần bản thiết kế di truyền của con người.

Đơn vị đo kích thước bộ gene là số cặp bazơ, đơn vị cơ bản của DNA, trong nhân tế bào của một sinh vật. Nếu kéo dài ra như một quả bóng len, chiều dài của DNA trong mỗi tế bào của loài cá phổi này sẽ dài gần 60 mét. Bộ gene của con người chỉ kéo dài 2 mét.

"Các phân tích của chúng tôi cho thấy, bộ gene cá phổi Nam Mỹ đã phát triển mạnh mẽ trong 100 triệu năm qua, bổ sung tương đương một bộ gene người sau mỗi 10 triệu năm", nhà sinh vật học tiến hóa Igor Schneider của Đại học bang Louisiana (Mỹ), một trong những tác giả của nghiên cứu cho biết.

Theo ông Schneider, trên thực tế, 18 trong số 19 nhiễm sắc thể cá phổi Nam Mỹ - các cấu trúc giống như sợi mang thông tin bộ gene của một sinh vật - mỗi nhiễm sắc thể đều lớn hơn toàn bộ bộ gene người,.

Mặc dù bộ gene của cá phổi Nam Mỹ rất lớn, nhưng có những loài thực vật có bộ gene lớn hơn. Kỷ lục hiện tại là loài dương xỉ chạc ba, có tên khoa học là Tmesipteris oblanceolata, ở vùng lãnh thổ hải ngoại New Caledonia của Pháp ở Thái Bình Dương. Bộ gene của loài này lớn hơn bộ gene người hơn 50 lần.

Cho đến nay, bộ gene động vật lớn nhất được biết đến là bộ gene của một loài cá phổi khác, cá phổi Australia, có tên khoa học là Neoceratodus forsteri. Bộ gene của cá phổi Nam Mỹ lớn hơn gấp đôi loài này. Bốn loài cá phổi khác trên thế giới sống ở châu Phi, cũng có bộ gene lớn.

Bộ gene cá phổi chủ yếu bao gồm các yếu tố lặp lại - khoảng 90% bộ gene. Các nhà nghiên cứu cho biết, sự mở rộng bộ gene lớn được ghi nhận trong bộ gene cá phổi dường như liên quan đến sự suy giảm ở các loài này của một cơ chế thường ngăn chặn sự lặp lại bộ gene như vậy.

"Kích thước bộ gene động vật thay đổi rất nhiều, nhưng ý nghĩa và nguyên nhân của sự thay đổi kích thước bộ gene vẫn chưa rõ ràng. Nghiên cứu của chúng tôi thúc đẩy sự hiểu biết về sinh học và cấu trúc bộ gene bằng cách xác định các cơ chế kiểm soát kích thước bộ gene trong khi vẫn duy trì sự ổn định của nhiễm sắc thể", ông Schneider cho biết.

Cá phổi Nam Mỹ dài tới khoảng 1,25 mét. Trong khi các loài cá khác dựa vào mang để thở, cá phổi cũng sở hữu một cặp cơ quan giống như phổi. Chúng sống trong môi trường đầm lầy thiếu oxy của lưu vực sông Amazon và Parana-Paraguay, và bổ sung oxy lấy từ nước bằng cách hít thở oxy từ không khí.

Cá phổi lần đầu tiên xuất hiện vào Kỷ Devon. Vào kỷ Devon, một trong những khoảnh khắc quan trọng nhất trong lịch sử sự sống trên Trái đất đã diễn ra - khi loài cá sở hữu phổi và vây cơ tiến hóa thành động vật bốn chân đầu tiên - động vật có xương sống trên cạn bốn chi hiện bao gồm lưỡng cư, bò sát, chim và động vật có vú.

Vì tiền thân của cá phổi ngày nay là tổ tiên của động vật bốn chân, nên bộ gene của chúng có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách động vật có xương sống từ lâu đã tiến hóa các đặc điểm như chi cho phép sống trên cạn.

"Tổ tiên của loài bốn chân đã chinh phục đất liền bằng các chi tiến hóa từ vây và hít thở không khí qua phổi. Những đặc điểm này có lẽ đã có từ trước khi có sự xâm chiếm đất liền. Chỉ bằng cách nghiên cứu sinh học của các dòng dõi cá phổi còn sống sót, chúng ta mới có thể tìm hiểu cơ sở bộ gene và các cơ chế phát triển phân tử tạo điều kiện cho quá trình chuyển đổi từ dưới nước lên đất liền của động vật có xương sống", ông Schneider cho biết.

• Loài cá kỳ lạ có thể sống trên cạn cả năm mà không chết
• Bộ sưu tập thủy quái đáng gờm của "siêu cần thủ"
• 9 loài động vật không ăn mà vẫn sống khỏe