Gien của thú mỏ vịt tiết lộ bí mật tiến hóa của động vật có vú

Các nhà nghiên cứu tuyên bố họ đã giải mã và phân tích bộ gien của loài thú mỏ vịt – họ hàng xa nhất của loài người trong hệ động vật có vú.

Công trình vừa xuất hiện trên tờ Nature, mở ra một cánh cửa mới cho các nhà khoa học nghiên cứu cấu trúc gien của loài động vật có vú sớm nhất này.

Theo Jennifer Graves, ĐHQG Australia, Canberra, đồng chỉ đạo dự án, thì “Gien của loài thú mỏ vịt, tương tự như bản thân nó, là sự kết hợp đáng ngạc nhiên giữa các đặc điểm của loài bò sát và động vật có vú.”

Thú mỏ vịt. (Ảnh: www.orgsites.com)

Phân tích khẳng định thú mỏ vịt là động vật xuất hiện sớm nhất trong cây phả hệ động vật có vú.

Nhóm động vật đơn huyệt – bao gồm thú mỏ vịt và loài có quan hệ gần gũi thú lông nhím – được cho là tách khỏi những động vật có vú khác cách đây ít nhất 166 triệu năm.

Sự tách biệt từ rất sớm này có nghĩa gien loài thú mỏ vịt mang thông tin từ mốc chuyển đổi trên dòng thời gian tiến hóa từ bò sát sang loài có vú, theo như chỉ đạo dự án Wesley Warren, ĐH Washington ở St. Louis, Missouri.

“Thú mỏ vịt có tầm quan trọng rất lớn trong việc giúp chúng ta hiểu được gien nào xuất hiện trong giống bò sát tổ tiên và làm cách nào động vật có vú tiến hóa những đặc điểm đặc biệt của chúng.”

Trứng và sữa

Thú mỏ vịt, loài động vật dưới nước sinh sống ở tây Australia, từ lâu đã khiến các nhà sinh học thấy khó hiểu.

Mặc dù được xếp vào động vật có vú, chúng giữ lại những đặc điểm sơ khai – bao gồm cả đẻ trứng – được cho rằng có từ loài bò sát tương tự như loài có vú sống cách đây hơn 300 triệu năm.

Trong công trình mới này, các nhà khoa học so sánh cấu trúc gien của thú mỏ vịt với những gien theo trình tự hoàn chỉnh khác, bao gồm của gà, chuột và người. Mục đích chủ đạo là xác định những đặc điểm nào của thú mỏ vịt được thừa hưởng từ tổ tiên bò sát cổ và đặc điểm nào tiến hóa độc lập trong dòng động vật đơn huyết.

Đúng như các nhà khoa học dự đoán, ADN của thú mỏ vịt được phát hiện bao gồm một số gien không có trong những động vật có vú khác. Ví dụ, các nhà nghiên cứu xác định gien của protein lòng đỏ trứng chỉ có chung với bò sát và cá.

Theo Matt Phillips, nhà khoa học thuộc ĐH QG Australia, không tham dự vào dự án gien này, “Dữ liệu gien mới chứng tỏ đặc điểm đẻ trứng của thú mỏ vịt thực sự là nét còn lại sơ khai từ tổ tiên bò sát.”

Tuy nhiên, bộ gien của động vật có vú chịu trách nhiệm quá trình sản sinh sữa cũng được phát hiện trong bộ gien thú mỏ vịt. Trong khi sản sinh sữa và sinh con dường như đi cùng với nhau, gien của thú mỏ vịt lại cho thấy hai đặc điểm phổ biến của loài có vú tiến hóa ở những thời điểm khác nhau trong khoảng thời gian tiến hóa.

“Sự hiện diện của các gien sinh sữa hoàn chỉnh khẳng định sự tiết sữa tiến hóa cách đây ít nhất 166 triệu năm, trước đặc điểm sinh con.”

Ảnh minh họa những đặc điểm mà loài thú mỏ vịt chia sẻ với bò sát, chim và động vật có vú. Các nhà khoa học đã giải mã gien của thú mỏ vịt - họ hàng xa nhất của loài người trong hệ động vật có vú – và tiết lộ những dấu vết tiến hóa của loài động vật có vú tách ra từ bò sát cách đây hàng trăm triệu năm. (Ảnh: NFS/Nature)

Những điều ngạc nhiên lạ lùng

Phân tích gien cũng tiết lộ thông tin mới về đặc điểm sinh học cơ bản của loài thú mỏ vịt và nguồn gốc của một số đặc điểm bất thường của chúng.

Một điều ngạc nhiên lớn là sự phát hiện một số gien chuyên biệt liên quan đến khả năng phát hiện mùi. Công trình này cho thấy, ngoài cơ quan cảm nhận điện trong mỏ, thú mỏ vịt cũng dựa vào các đặc điểm hóa học khi định vị và xác định con mồi dưới nước.

Các nhà khoa học cũng xác định một bộ gien liên quan đến sự sản sinh nọc độc của thú mỏ vịt. Thú mỏ vịt đực sản xuất ra một loại nọc tương tự như rắn gây đau đớn, bao gồm ít nhất 19 chất khác nhau, được đưa vào cơ thể kẻ thù hoặc đối thủ thông qua cựa trên chân sau của con đực.

Các công trình nghiên cứu trước phát hiện ra rằng sản sinh chất độc là kết quả của sự biến đổi tiến hóa đối với những gien từng có vai trò khác. Một số gien tương tự dường như bị biến đổi ở loài thú mỏ vịt, nhưng theo một quá trình hoàn toàn tách biệt với sự tiến hóa chất độc ở rắn.

Elliott Marguies, nhà khoa học tại Viện nghiên cứu Gien người quốc gia ở Bethesda, Maryland, cho biết tầm quan trọng của gien thú mỏ vịt vượt ra ngoài lĩnh vực tiến hóa động vật sơ khai. “Đối với gien người, chúng ta luôn cố gắng tìm ra những chuỗi gien có vai trò quan trọng, nhưng đó là một quá trình rất khó khăn và mệt mỏi”

Ông cho rằng so sánh gien người và thú mỏ vịt sẽ giúp các nhà nghiên cứu định vị chuỗi ADN chức năng dễ dàng hơn. “Vì loài thú mỏ vịt tiến hóa độc lập trong suốt một thời gian dài, bất kỳ chuỗi gien nào chúng có chung với con người có lẽ đều quan trọng.”