Nghiên cứu mới: Thú mỏ vịt mang trong mình nồi 'lẩu thập cẩm' gen của chim, bò sát và động vật có vú

Các nhà khoa học vừa công bố bản đồ gen hoàn chỉnh của thú mỏ vịt và không ngoài dự đoán, loài vật có tới 10 nhiễm sắc thể giới tính, mang độc trong người, có lông phát sáng và tiết sữa qua da cho con bú này mang một bộ gen làm người ta choáng váng. Có lẽ nó là loài động vật kỳ lạ nhất mà mắt thường con người nhìn thấy được. Bên cạnh loài thú lông nhím Úc, thú mỏ vịt là sinh vật hiếm hoi đẻ trứng nhưng lại nuôi con bằng sữa.

Lông thú mỏ vịt phát sáng dưới tia cực tím.

Bộ gen của cả hai loài trên đều khá nguyên thủy và không thay đổi quá nhiều, nhờ thế mà ta có thể thấy dấu vết của một loạt những loài có xương sống trong đó: các nhà khoa học thấy sự hiện diện của gen chim, bò sát và thú có vú trong bản đồ gen thú mỏ vịt. Dù vẻ ngoài của con vật này chẳng giống ai, nhưng những gen kia lại là bằng chứng không thể chối cãi cho thấy thú mỏ vịt có chung tổ tiên với những loài động vật có xương sống khác trên Trái Đất.

Các nhà khoa học cho rằng bộ gen hoàn chỉnh của loài vật lạ có thể giúp ta mở bức màn che phủ những bí ẩn trong lịch sử tiến hóa, bên cạnh đó là hiểu rõ hơn về những tổ tiên xưa kia của loài thú có vú; làm thế nào mà ta tiến hóa từ 'đẻ trứng' sang 'sinh con'?

'Bản đồ gen hoàn chỉnh đã cung cấp cho chúng tôi câu trả lời về cách hình thành một số đặc điểm có trên thú mỏ vịt', nhà sinh vật học tiến hóa Guojie Zhang tới từ Đại học Copenhagen nhận định. 'Cùng lúc đó, việc giải mã gen thú mỏ vịt đóng vai trò quan trọng trong quá trình tìm hiểu cách thức thú có vú tiến hóa - bao gồm cả con người chúng ta'.

Ngày nay, lớp thú có vú đang tồn tại trên Trái Đất được chia thành ba nhóm: động vật đơn huyệt, thú có túi và động vật có nhau thai; con người chúng ta thuộc nhóm cuối. Hai nhóm 'có túi' và 'có nhau thai' hợp lại thành một phân lớp động vật có vú được đặt tên là 'theria'. Toàn bộ động vật của phân lớp theria đều sinh con, còn động vật đơn huyệt lại quá kỳ lạ để có thể được đưa vào thứ lớp này.

Ta vẫn chưa rõ thời điểm mà ba nhóm động vật này rẽ nhánh trên cây tiến hóa. Một số nhà khoa học cho rằng động vật đơn huyệt 'tách đàn' trước, một số người lại nghĩ sự kiện này diễn ra trong cùng một khung thời gian.

Với sự xuất hiện của bộ gen thú mỏ vịt, ta có cái nhìn rõ hơn vào lịch sử tiến hóa. Dữ liệu có từ việc phân tích tổ tiên thú lông nhím và thú mỏ vịt (cùng thuộc bộ đơn huyệt) cho thấy tổ tiên chung của chúng sống cách hiện tại ít nhất 57 triệu năm trước. Động vật đơn huyệt nói chung có vẻ đã tách ra khỏi hai thứ lớp có túi và có nhau thai khoảng 187 triệu năm trước.

Sau từng ấy thời gian, thú mỏ vịt không có nhiều thay đổi: vừa sống được trên cạn và dưới nước, chúng thích nghi tốt với điều kiện sinh sống tại Úc vốn quá khắc nghiệt với nhiều sinh vật có túi và có nhau thai.

Tác giả nghiên cứu mới còn đặc biệt chú ý tới nhiễm sắc thể giới tính của thú mỏ vịt. Nó là loài động vật duy nhất mang trong mình 10 nhiễm sắc thể giới tính, với 5X và 5Y kết hợp thành một vòng tròn không hoàn thiện, có vẻ đã bị phân mảnh trong quá trình tiến hóa.

So sánh các nhiễm sắc thể này với con người, thú có túi ôpôt, quỷ Tasmania, gà và thằn lằn, các tác giả nghiên cứu thấy nhiễm sắc thể thú có túi có nhiều điểm chung với loài chim (ví dụ như gà) hơn là với thú có vú (đơn cử như người). Thú mỏ vịt đẻ trứng nhưng vẫn nuôi con bằng sữa, nhưng khi thấy rằng động vật đơn huyệt vẫn mang đa số các gen tạo sữa mà động vật có vú thuộc phân lớp theria có trong mình, ta không quá ngạc nhiên.

Vẫn còn những điểm kỳ lạ khác nữa: sữa của động vật đơn huyệt có thêm những casein (một loại protein có trong sữa động vật có vú) với chức năng chưa rõ. Tuy vậy, sữa thú mỏ vịt không khác mấy với sữa bò hay thậm chí sữa con người. Nhờ điểm này, việc thú mỏ vịt sinh trưởng không cần dựa dẫm nhiều vào nguồn protein có trong trứng như các loài chim hay loài bò sát khác; chúng có thể cung cấp protein cho con non thông qua tuyến sữa trên da mình.

Nhìn vào bản đồ gen hoàn chỉnh của thú mỏ vịt, ta có thể thấy những điểm trên hiện ra rõ ràng. Chim và bò sát dựa vào ba gen chính để tạo ra protein trong trứng, trong khi đó thú mỏ vịt lại mất đa số những gen này vào khoảng 130 triệu năm trước. Gà thời nay có cả ba gen protein nói trên, con người không có gen nào như vậy, còn thú mỏ vịt chỉ sở hữu một gen duy nhất đóng vai trò tạo protein trong trứng.

Nói một cách nôm na, gen sản xuất protein trong trứng của thú mỏ vịt là trung bình cộng của con người và con gà, một cái cầu xây mất triệu năm nối liền ta của hiện tại với tổ tiên của loài thú có vú xưa kia.

'Nghiên cứu này cung cấp thông tin cho thấy việc sản xuất sữa của mọi động vật có vú đã được phát triển từ một bộ gen của tổ tiên chung sống cách đây 170 triệu năm - cùng thời với những con khủng long trong kỷ Jura', giáo sư Zhang nhận định.

Bộ gen hoàn chỉnh của thú mỏ vịt còn cho thấy chúng mất đi gen tạo răng trong quá trình tiến hóa. Cụ thể, từ 120 triệu năm trước, gen này đã hoàn toàn biến mất, khiến thú mỏ vịt đã phải làm quen với việc dùng hai tấm sừng trong miệng để nghiền nát thức ăn.

Bên cạnh đó, nhiều khả năng gen defensin là thành tố tạo nên cựa có độc nằm ở chân sau của thú mỏ vịt. Gen này có liên hệ với hệ thống miễn dịch của các loài động vật có vú khác. Trong bộ gen hoàn chỉnh của thú lông nhím, các nhà khoa học không thấy sự hiện diện của gen defensin.

Nhóm nghiên cứu kết luận: 'Hai bộ gen hoàn chỉnh của hai loài sẽ cho chúng ta thêm thông tin về những đột phá của động vật phân lớp theria và yếu tố sinh học, tiến hóa của những sinh vật có vú đẻ trứng này'.

Nghiên cứu đã được đăng tải trên tạp chí Nature.

Tham khảo ScienceAlert