Sự tiến hóa có thể không ngẫu nhiên như chúng ta tưởng

Một nghiên cứu mới đây đã thách thức quan niệm rằng tiến hóa luôn là một quá trình ngẫu nhiên. Khám phá này không chỉ mang lại những góc nhìn mới về sự tiến hóa, mà còn có thể mở đường cho những giải pháp quan trọng trong việc đối phó với các vấn đề toàn cầu như kháng kháng sinh, bệnh tật, và biến đổi khí hậu.

Sự thách thức với quan niệm cũ

Thuyết tiến hóa bằng chọn lọc tự nhiên từ lâu đã là nền tảng vững chắc trong sinh học, giải thích cách các loài phát triển và thay đổi qua thời gian. Tuy nhiên, nghiên cứu mới này đã cho thấy sự tiến hóa không hoàn toàn là ngẫu nhiên như chúng ta vẫn nghĩ. Theo nghiên cứu, quá trình tiến hóa của bộ gene không chỉ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố ngẫu nhiên hay lịch sử, mà còn có thể được định hình bởi những yếu tố đã tồn tại trong quá khứ tiến hóa của nó.

Giáo sư James McInerney từ Trường Khoa học Đời sống của Đại học Nottingham cho biết: "Ý nghĩa của nghiên cứu này không chỉ nằm ở việc thay đổi cách chúng ta nhìn nhận về tiến hóa, mà còn ở việc nó mở ra những khả năng mới trong sinh học tổng hợp, y học, và sinh thái học".

Thuyết tiến hóa bằng chọn lọc tự nhiên là hợp lý và được thử nghiệm một cách có cơ sở khoa học, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng ta sẽ không học được bất cứ điều gì mới về cách sự sống phát triển và thay đổi theo thời gian.

Có thể nói, thuyết tiến hóa không đơn thuần là một quá trình ngẫu nhiên hoàn toàn, mà là sự kết hợp giữa ngẫu nhiên và quy luật. Sự ngẫu nhiên tạo ra sự đa dạng, còn quy luật (chọn lọc tự nhiên) định hình sự tiến hóa theo hướng thích nghi với môi trường.

Nhiều người lầm tưởng rằng "ngẫu nhiên" có nghĩa là "không có mục đích". Tuy nhiên, tiến hóa không có mục đích theo nghĩa là có một kế hoạch trước, mà nó là kết quả của quá trình chọn lọc liên tục.

Nghiên cứu mang tính đột phá

McInerney và nhóm nghiên cứu của ông đã sử dụng một phương pháp học máy gọi là Random Forest để phân tích pangeneome - tập hợp tất cả các chuỗi DNA của một loài nhất định. Họ đã phân tích 2.500 bộ gene hoàn chỉnh từ một loài vi khuẩn, sử dụng hàng trăm nghìn giờ xử lý máy tính để tạo ra các "họ gene" từ mỗi gene trong từng bộ gene.

Maria Rosa Domingo-Sananes từ Đại học Nottingham Trent cho biết: "Bằng cách này, chúng tôi đã có thể so sánh các bộ gene tương tự và nhận ra rằng có những họ gene không bao giờ xuất hiện trong bộ gene nếu một họ gene khác đã có mặt".

Kết quả nghiên cứu đã tiết lộ một "hệ sinh thái vô hình" của các gene, trong đó một số gene hợp tác hoặc cạnh tranh với nhau. Những tương tác này khiến cho một số khía cạnh của quá trình tiến hóa trở nên có thể dự đoán được, và quan trọng hơn, các nhà khoa học giờ đây đã có công cụ để đưa ra những dự đoán này.

Sự sống trên Trái Đất tiến hóa dần dần từ một tổ tiên chung. Quá trình này chủ yếu được thúc đẩy bởi hai yếu tố chính, đó là biến dị: Các đột biến ngẫu nhiên trong DNA tạo ra sự đa dạng về đặc điểm giữa các cá thể; Chọn lọc tự nhiên: Những cá thể có đặc điểm thích nghi tốt hơn với môi trường sống sẽ có khả năng sống sót và sinh sản cao hơn, truyền lại các gene có lợi cho thế hệ sau.

Ứng dụng trong y học và sinh thái học

Theo tiến sĩ Alan Bevan, cũng từ Đại học Nottingham, phát hiện này có thể mang lại những tiến bộ đáng kể trong y học, đặc biệt là trong việc đối phó với tình trạng kháng kháng sinh. "Chúng ta có thể bắt đầu nghiên cứu các gene nào 'duy trì' tình trạng kháng kháng sinh và từ đó, nhắm mục tiêu không chỉ vào các gene kháng kháng sinh mà còn cả những gene làm nền tảng cho nó", ông cho biết.

Những phát hiện này cũng có thể được ứng dụng trong việc thiết kế các cấu trúc di truyền mới, có thể sử dụng để phát triển các loại thuốc hoặc vắc-xin tiên tiến. Điều này mở ra một chân trời mới trong lĩnh vực y học tổng hợp, nơi các nhà khoa học có thể thiết kế bộ gene tổng hợp và phát triển lộ trình để thao tác vật liệu di truyền một cách có thể dự đoán được.

Ngoài ra, các phát hiện này còn có ý nghĩa quan trọng trong sinh thái học, đặc biệt là trong việc thiết kế các vi sinh vật có khả năng cô lập carbon hoặc phá vỡ các chất ô nhiễm, góp phần vào cuộc chiến chống biến đổi khí hậu.

Các đột biến xảy ra một cách ngẫu nhiên, không có mục đích hướng tới một đặc điểm cụ thể nào. Khi sinh sản, các gene được kết hợp lại một cách ngẫu nhiên, tạo ra vô số biến thể di truyền. Tuy nhiên chọn lọc tự nhiên lại là một quá trình có quy luật, luôn ưu tiên những cá thể thích nghi tốt hơn, trong đó, môi trường đóng vai trò như một "lưới lọc", loại bỏ những cá thể không phù hợp và duy trì những cá thể có lợi.

Nghiên cứu này, được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), không chỉ làm thay đổi cách chúng ta hiểu về sự tiến hóa, mà còn mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng trong y học và sinh thái học. Những phát hiện này không chỉ có thể giúp chúng ta đối phó với các thách thức hiện tại mà còn mở ra nhiều khả năng cho tương lai, từ việc chống lại kháng kháng sinh cho đến việc bảo vệ môi trường.

• Những bí ẩn "rùng rợn" khiến khoa học "điên đầu" khi giải mã
• 10 loại đột biến gen phổ biến nhất ở người
• Con trai hay con gái phụ thuộc vào bố