Hé lộ bí mật của "cá hóa thạch sống" châu Phi

Khi con cá coelacanth châu Phi đầu tiên được phát hiện vẫn còn sống, đôi khi được gọi là gombessa bị bắt vào năm 1938, các nhà nghiên cứu đã vô cùng sửng sốt. Họ cho rằng loài cá này đã tuyệt chủng 65 triệu năm.

Các nhà khoa học thậm chí còn ngạc nhiên hơn khi phát hiện ra loài này trông gần giống hệt như họ hàng đầu tiên của nó. Họ gọi con cá là "hóa thạch sống".

Tua nhanh hơn 80 năm, các nhà khoa học hiện đã chỉ ra loài Latimeria chalumnae, đã không trải qua 65 triệu năm qua trong tình trạng bế tắc tiến hóa.

Theo một bài báo mới, được công bố hôm thứ Ba trên tạp chí Molecular Biology and Evolution, loài săn mồi đại dương đã có tới 62 gene mới vào khoảng 10 triệu năm trước.

Dữ liệu giải trình tự cho thấy các gene mới được tạo ra bởi các transposon, trình tự DNA được gọi là gene ích kỷ. Các chuỗi DNA di chuyển này, còn được gọi là gen nhảy, có thể thay đổi vị trí của chúng trong bộ gene đó là tự di chuyển, sao chép và sắp xếp lại.

Các nhà khoa học nghi ngờ loài cá coelacanth châu Phi có được nhiều loại transposon thông qua tương tác với các loài khác. Các gene ích kỷ thường xuyên nhảy từ loài này sang loài khác.

Tác giả nghiên cứu cấp cao Tim Hughes cho biết trong một thông cáo báo chí: "Phát hiện của chúng tôi cung cấp một ví dụ khá nổi bật về hiện tượng chuyển vị đóng góp vào bộ gene vật chủ".

Các Transposon có một loại enzyme tự mã hóa cho phép các chuỗi di chuyển này nhận ra, sao chép, định vị và dán mã hóa DNA của nó vào một phần mới của bộ gene. Quá trình phân chia tế bào, trong đó bộ gene được sao chép, đảm bảo các trình tự này được trải rộng trên bộ gene.

Theo thời gian, các chuỗi gen nhảy bị phá vỡ và mất khả năng sao chép và di dời. Tuy nhiên, nếu những gene ích kỷ này tình cờ mang lại lợi thế cạnh tranh cho sinh vật chủ, chúng có thể trở nên cố định trong bộ gene của loài đó.

Các gene có nguồn gốc từ transposon đã được tìm thấy ở nhiều loài khác nhau, nhưng các nhà khoa học đã rất ngạc nhiên khi tìm thấy rất nhiều gene ở một loài mà nhiều nhà khoa học coi là đã bị đóng băng trong thời gian tiến hóa.

"Thật ngạc nhiên khi thấy các loài coelacanth xuất hiện trong số các động vật có xương sống có một số lượng lớn các gene có nguồn gốc từ transposon bởi vì chúng nổi tiếng là một hóa thạch sống. Coelacanth có thể tiến hóa chậm hơn một chút nhưng chắc chắn không phải là hóa thạch.", Isaac Yellan, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Yellan đã phát hiện ra sự tập trung của các gene liên quan đến transposon ở cá coelacanth châu Phi trong khi tìm kiếm hệ quả của một gene người được gọi là CGGBP1.

Bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu bộ gene, Yellan đã tìm thấy các trường hợp riêng biệt của các gene liên quan đến CGGBP trong một loạt các loài động vật có vú, bò sát và chim. Ông cũng tìm thấy các ví dụ về các gene giống như CGGBP ở chim ưng biển, một loài động vật có xương sống nguyên thủy và một loại nấm quý hiếm.

Cuối cùng, cuộc khảo sát của Yellan đã đưa ông đến Latimeria chalumnae. Bộ gene của cá coelacanth châu Phi, được giải trình tự và thêm vào cơ sở dữ liệu bộ gene lần đầu tiên vào năm 2013, có 62 gen giống CGGBP.

Các nhà nghiên cứu xác định rằng tất cả các gene liên quan đến transposon không có khả năng bắt nguồn từ một tổ tiên chung duy nhất. Thay vào đó, các gene giống CGGBP rất có thể đi theo nhiều dòng khác nhau, đến vào các thời điểm khác nhau thông qua chuyển gene ngang.

Yellan cho biết: "Việc chuyển gene theo chiều ngang làm mờ bức tranh về nguồn gốc của các chuyển vị nhưng chúng tôi biết rằng từ các loài khác rằng nó có thể xảy ra thông qua ký sinh trùng. Lời giải thích khả dĩ nhất là chúng đã được giới thiệu nhiều lần trong suốt lịch sử tiến hóa".

Các thí nghiệm trong ống nghiệm và mô hình máy tính cho thấy các gene giống CGGBP được tìm thấy trong bộ gene của coelacanth tạo ra các protein giúp liên kết các trình tự cụ thể với DNA, làm thay đổi cách mã hóa di truyền được phiên mã và biểu hiện.

Nghiên cứu cho thấy các gene giống CGGBP ở cá coelacanth có thể đóng một vai trò tinh vi trong việc biểu hiện gene tương tự như vai trò của CGGBP1 trong bộ gene người.

Bởi vì Latimeria chalumnae và họ hàng của nó rất hiếm nên các nhà khoa học có thể không bao giờ có thể theo dõi nguồn gốc tiến hóa của 62 gen bắt nguồn từ transposon của loài, nhưng khám phá mới nhất đã cung cấp cho các nhà khoa học những hiểu biết sâu sắc về cách thức mà transposon có thể di chuyển từ loài này sang loài khác.