Loài cephalopod Squishy (động vật chân đầu) chưa bao giờ làm chúng ta hết ngạc nhiên. Từ cánh tay có não, ngụy trang chuyển màu, nghệ thuật chạy trốn cho đến kỹ năng giải câu đố siêu bất ngờ. Những phân tích mới về di truyền học của các loài Cephalopod (mực, bạch tuộc và mực nang) cho thấy, bộ gen của chúng rất kỳ lạ.
Khả năng sắp xếp, xáo trộn lại bộ gen độc đáo
Nhà nghiên cứu Caroline Albertin cùng các đồng nghiệp của mình đã nỗ lực giải trình tự ba bộ gen của một số động vật chân đầu thân mềm: bạch tuộc hai đốm California (Octopus bimaculoides) - loài bạch tuộc đầu tiên được giải trình tự bộ gen vào năm 2005; mực vây dài Đại Tây Dương (Doryteuthis pealeii) - được nghiên cứu như một hệ thống mô hình cho khoa học thần kinh trong gần một thế kỷ; và mực đuôi dài Hawaii (Euprymna scolopes) - một loài động vật điển hình cho sự cộng sinh giữa vi khuẩn và động vật.
Họ đã xác định được một loạt các họ gen mới, nhiều họ trong số này biểu hiện trong não mực, cũng như sự mở rộng trong các gen mà chúng ta đã quen thuộc, như các cụm gen liên quan đến sự thay đổi màu sắc, bộ hút và mỏ của chúng.
Mực ống đuôi dài Hawaii
Sự phát triển gen độc đáo khác bao gồm các gen protocadherin có thể tham gia vào việc xây dựng các hệ thống thần kinh phức tạp ở cả người và động vật chân đầu. Tuy nhiên, loài cephalopods tạo ra sự đa dạng trong gen này thông qua toàn bộ bản sao của nó. Ở con người, sự biến đổi này xuất hiện theo những cách khác nhau mà gen được biểu hiện. Chính những bản sao này đã giúp bộ gen của cephalopod trở nên lớn hơn, với bộ gen của Doryteuthis nặng hơn chúng ta khoảng 1,5 lần, còn bạch tuộc hai đốm California có kích thước khoảng 90% so với kích thước của chúng ta.
Ngược lại, bộ gen của con người được mở rộng thông qua quá trình nhân đôi toàn bộ bộ gen - một đặc điểm được ghi nhận cho sự phức tạp cũng như khả năng tạo ra các đặc điểm tiến hóa mới của no. Động vật chân đầu có vẻ đã trải qua những thay đổi quy mô lớn tương tự, và được thể hiện qua những hành động độc đáo của chúng, rõ ràng là chúng đã thêm những "hương vị" của riêng mình qua bộ gen.
Mực vây dài Đại Tây Dương
Nhà sinh học thần kinh Đại học Chicago giải thích "Giờ đây, chúng ta biết rằng sự tiến hóa của động vật thân mềm thân mềm liên quan đến những thay đổi bộ gen lớn tương tự. Nhưng những thay đổi này không phải là sự sao chép toàn bộ bộ gen mà là sự sắp xếp lại bộ gen khổng lồ, như thể bộ gen của tổ tiên được cho vào máy xay vậy."
Sự xáo trộn di truyền này có thể đã giải quyết những rắc rối mà chúng gặp phải trong môi trường sống dưới đại dương, nhờ khả năng nhận thức ấn tượng của chúng, mang về cho chúng danh hiệu "hệ thống thần kinh lớn nhất trong tất cả các loài động vật không xương sống". Giữa cánh tay và đầu của chúng, khoảng 500 triệu tế bào thần kinh của bạch tuộc sánh ngang với số lượng mà loài chó sở hữu.
Các nhà nghiên cứu đã tiến hành so sánh bộ gen của loài mực với gen của sò điệp và nhận thấy, nhiều gen nằm rải rác trong bộ gen của sò đã kết hợp với nhau trên các khu vực cụ thể của nhiễm sắc thể mực. Những cụm gen mới này tạo thành các đơn vị có khả năng tương tác với nhau và làm thay đổi hệ sinh lý của động vật. Một trong những cụm gen trong bộ gen của mực có chứa 5 gen chính liên quan đến sự phát triển của hệ thần kinh. Chính sự tập hợp của các gen liên kết cho phép chúng sắp xếp hợp lý hơn và tạo ra các hình thức di truyền độc đáo.
Bạch tuộc hai đốm California
Khả năng tự chỉnh sửa bộ gen
Không kém phần quan trọng là khả năng nổi tiếng của loài cephalopod trong việc chỉnh sửa gen não của chính chúng. Khả năng chỉnh sửa RNA thông tin này chỉ xảy ra ở một số ít protein quan trọng của hệ thần kinh ở người, với tỷ lệ dưới 1%, nhưng ở động vật chân đầu, nó phổ biến hơn rất nhiều.
Thường thì những thay đổi với cấu tạo của động vật xảy ra kèm đột biến trong bản thiết kế DNA của nó. Nhưng trong trường hợp này, RNA thông tin - có chức năng cấu tạo nên protein - là thứ tạo ra những thay đổi. Có một số gợi ý rằng khả năng này cho phép loài cephalopods linh hoạt hơn để thích nghi nhanh chóng với môi trường của chúng, với việc chúng có thể ứng biến để phù hợp với các điều kiện mới. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa chắc chắn về điều này.
Albertin và nhóm của cô phát hiện ra rằng việc chỉnh sửa RNA của động vật được chia thành hai loại riêng biệt: sự thay đổi liên quan đến thần kinh và không phải hệ thần kinh. Nhưng điều này không chỉ xảy ra ở các mô khác nhau và tần suất chỉnh sửa xảy ra cũng có sự khác nhau đáng kể. Với việc chỉnh sửa liên quan đến hệ thần kinh diễn ra thường xuyên hơn, cho thấy điều đó là vô cùng quan trọng đối với cách những động vật này hoạt động.
>>> "Quái vật" săn mồi to lớn nhất từng xuất hiện trên Trái Đất.
Nguồn sciencealert
