Sự tiến hóa của thụ quan nhiệt ở động vật

Các động vật trên Trái Đất tự thích nghi với sự thay đổi nhiệt độ như sức nóng ở sa mạc, hay cái lạnh ở thời kỳ kỷ băng hà. Tuy nhiên, cơ chế phân tử của sự thích nghi với các môi trường nhiệt như này trong quá trình tiến hóa liên quan đến các thụ quan nhiệt vẫn chưa được hiểu rõ ràng.

Giáo sư Makoto Tominaga và trợ lý Shigeru Saito đã chứng minh rằng phân tử được gọi là các kênh TRP, đóng vai trò là các thụ quan nhiệt ở động vật, cảm nhận được các nhiệt độ khác nhau ở động vật có vú cho đến loài ếch có móng miền tây, thậm chí các phân tử giống với kênh TRP cũng được kiểm tra. Những quan sát này cho thấy, các thụ quan nhiệt này có thể làm thay đổi một cách linh động sự cảm nhiệt của chúng để thích ứng với môi trường có nhiệt độ cực đoan trong quá trình tiến hóa. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí trực tuyến Di truyền học PLoS (PLoS Genetics). Nghiên cứu có sự hợp tác của Giáo sư Ryuzo Shingai ở Đại học Iwate.

Nghiên cứu sử dụng loài ếch có móng miền tây (Xenopus tropicalis) sống ở vùng nhiệt đới. Nhiệt độ thích hợp cho loài này là khoảng 26^oC và nhiệt độ dưới 20-18^oC sẽ gây ra phản ứng bất lợi. Nhóm nghiên cứu đã xác định được gen TRPV3, được biết như là một cảm biến nhiệt độ nóng ở động vật có vú, và ở loài ếch gen này được kiểm tra chức năng.

Ếch có móng miền tây (Xenopus tropicalis)

Nhà nghiên cứu phát hiện ra sự nhạy cảm nhiệt độ của TRPV3 ở ếch khác với TRPV3 ở động vật có vú. Kênh TRPV3 của động vật có vú là những chất hoạt hóa bởi nhiệt độ cao - độ nóng (33-39^oC và cao hơn), nhưng kênh này ở ếch được hoạt hóa bởi nhiệt độ thấp - độ lạnh (16^oC và thấp hơn). Vì vậy, ếch có móng miền tây cảm nhận nhiệt độ thấp bất lợi bằng thụ quan nhiệt. Bên cạnh sự khác nhau về tính nhạy nhiệt, trình tự amino acid của kênh TRPV3 có sự khác nhau rất lớn giữa ếch có móng miền tây và động vật có vú ở các đầu tận cùng của kênh nằm trong dịch bào. Sự khác nhau về cấu trúc liên quan đến sự khác nhau về khả năng nhạy nhiệt của kênh TRPV3. Mặt khác, kênh TRPV3 ở động vật có vú được kích hoạt bởi một số hợp chất hóa học, trong khi kênh TRPV3 ở ếch có móng miền tây không được hoạt hóa bởi các hợp chất như thế ngoại trừ một loại, vì vậy, các tương hợp hóa học của kênh TRPV3 ở loài ếch và động vật có vú cũng khác nhau.

Gs.Tominaga cho biết: “Chúng tôi nghiên cứu quá trình tiến hóa của các gen kênh TRPV có vai trò làm thụ quan nhiệt ở động vật có xương sống, và phát hiện ra rằng nhóm gen này đã được tạo ra bởi sự đa dạng các loài động vật có xương sống. Những thay đổi trong tiến hóa của thụ quan nhiệt liên quan tới việc thích nghi với nhiệt độ môi trường hoặc do sự thay đổi về đặc tính sinh lý chưa được biết đến nhiều. Ở đây chúng tôi đã làm sáng tỏ một trong những cơ chế phân tử của sự thay đổi chức năng - “Mô hình biến động” ở thụ quan nhiệt. Kết quả nghiên cứu cho thấy các kênh TRPV3 hình thành sự nhạy cảm chống lại tác động của nhiệt độ trong quá trình tiến hóa của động vật có xương sống trên cạn. Ngược lại, điều này cho thấy sự nhạy nhiệt của các kênh TRP không ổn định nhưng có thể biến đổi linh hoạt, thậm chí đảo ngược trong một số trường hợp, trong suốt quá trình tiến hóa để thích nghi với nhiệt độ môi trường.”