Sắp xếp lại cây phả hệ của động vật

Một cuộc nghiên cứu dưới sự chỉ đạo của nhà sinh vật học Casey Dunn thuộc trường đại học Brown sử dụng kỹ thuật gen mới để trả lời những câu hỏi được đặt ra từ trước về sự tiến hóa của động vật. Đây là một dự án nghiên cứu về hệ thống sinh loài toàn diện nhất cho đến nay, bao gồm dữ liệu về 40 triệu cặp ADN mới được lấy từ 29 loài động vật khác nhau.

Cuộc nghiên cứu được công bố trên tờ Nature, giải quyết một số tranh cãi từ lâu về mối quan hệ giữa những nhóm động vật và đồng thời tạo ra một số bất ngờ. Một cú sốc lớn là: loài sứa phiến lược – loài sứa thông thường và vô cùng yếu ớt với những mô rất phát triển – được tách ra từ loài động vật khác không hề có mô, và thậm chí còn có mặt trước cả loài bọt biển tầm thường. Phát hiện này đưa ra dấu hỏi về gốc rễ của cây phả hệ ở động vật, mà theo đó bọt biển được đặt ở vị trí chân đế.

“Phát hiện chỉ ra rằng hoặc loài sứa phiến lược tiến hóa độc lập với các loài động vật khác, hay loài bọt biển tự đơn giản hóa qua quá trình tiến hóa. Cùng với các loại bằng chứng khác, phát hiện này có thể sẽ thay đổi đáng kể đến cách nghĩ của chúng ta về động vật đa bào”, Dunn - giáo sư sinh thái học và sinh học tiến hóa tại Brown – cho biết. “Những điều ngạc nhiên kỳ thú này cùng với hiểu biết thú vị về quan hệ giữa các động vật sống làm cho dự án thật hấp dẫn”.

Loài sứa phiến lược (Ảnh: iStockphoto/Klass Lingbeek- van Kranen)

Charles Darwin giới thiệu ý tưởng “cây phả hệ” trong cuốn sách gây ảnh hưởng mạnh của mình mang tên “Nguồn gốc các loài”. Bức phác họa của cây hệ thống là hình minh họa duy nhất trong cuốn sách đó. 150 năm kể từ ngày nó được phát hành, nhiều mối quan hệ giữa các nhóm động vật vẫn chưa rõ ràng. Trong khi đã có nhiều bước tiến dài trong hiểu biết về gen, có thể đưa ra toàn bộ bản đồ gen của một loài để so sánh, có đến hàng triệu loài trên thế giới. Đơn giản đây không phải thời điểm để sắp xếp những bản đồ gen này.

Để có thể hiểu được cây phả hệ – mà không phải nghiên cứu toàn bộ bản đồ gen của các loài – Dunn và các đồng nghiệp đã thu thập dữ liệu, gọi là các chuỗi hoạt hóa, từ gen của 29 loài động vật mà chúng ta còn có ít hiểu biết ở nhánh xa của cây phả hệ, bao gồm sứa phiến lược, rết và các động vật thân mềm khác. Các nhà khoa học đã phân tích dữ liệu này cùng với dữ liệu gen của 48 loài khác, ví dụ như người và ruồi giấm, để tìm ra những gen được hoát hóa nhiều nhất.

Mục đích của phương pháp là nghiên cứu một số lượng lớn những gen từ nhiều loài động vật – một sự tiến bộ so với những phương pháp so sánh gen với số lượng gen hay loài hạn chế. Quy trình mới này không chỉ toàn diện hơn, nó còn chuyên sâu hơn. Dự án của Dunn cần đến 120 bộ vi xử lý ở các cụm máy tính được đặt tại các phòng thí nghiệm trên toàn thế giới

Dunn và các đồng nghiệp đã:

- Khẳng định rõ ràng một số mối quan hệ của động vật, bao gồm sự tồn tại của một nhóm không xương sống tự lột da, ví dụ như động vật thân khớp hay giun tròn.

- Giải quyết một cách thuyết phục những bằng chứng trái ngược quanh các mối quan hệ khác, ví dụ như mối quan hệ gần gũi của động vật nhiều chân đối với nhện hơn là đối với côn trùng.

- Tìm ra những mối quan hệ mới, ví dụ như mối ràng buộc gần gũi giữa sâu nemertea, động vật tay cuộn, hay động vật thân mềm hai mai.

“Điều thú vị là những thông tin mới mẻ này làm thay đổi hiểu biết cơ bản của chúng ta về thế giới tự nhiên –thông tin tìm được trong những cuốn sách sinh học cơ bản và những bức tranh lịch sử tự nhiên”, Dunn cho biết, “mặc dù cây phả hệ của động vật sống còn cần nhiều thời gian để hoàn thiện, nó đã rõ ràng hơn. Và những kết quả này cho thấy phương pháp gen mới sẽ giúp chúng ta ít nhất giải quyết được một số vấn đề mà trước đây không thể”.

Đội nghiên cứu gồm Andreas Hejnol, David Matus, Kevin Pang, William Browne, Elaine Seaver và Mark Martindale thuộc đại học Hawaii; Stephen Smith thuộc đại học Yale; Greg Rouse thuộc đại học California – San Diego; Mathhias Obst thuộc trạm nghiên cứu biển Kristineberg, Thụy Điển; Gregory Edgcombe thuộc Viện bảo tàng lịch sử tụ nhiên, London; Martin Sorensen và Reinhardt Kristensen thuộc đại học Copenhagen; Steven Haddock thuộc trường nghiên cứu đại dương vịnh Monterey; Akiko Okusu thuộc trường Cao đẳng Simmons; Ward Wheeler từ Bảo tàng lịch sử tự nhiên Hoa Kỳ; và Gonzalo Giribet từ đại học Havard.

Quỹ khoa học quốc gia đã tài trợ dự án Hoàn thiện cây phả hệ của động vật sống.