Con sứa trong tiến trình tiến hoá của động vật

Mùa hè này ra biển, có cơ hội bắt gặp sứa nổi lềnh khênh trên biển, bạn hãy quan sát chúng thật kỹ đi nhé. Loại động vật này vốn được cho là có một cấu trúc cơ thể cực kỳ đơn giản, lại đang làm đau đầu các nhà sinh học và cũng đang là nguồn hứng thú cho họ.

Giống như san hô và hải quỳ, người ta nói sứa là loại động vật không trước không sau, không trái không phải, không đầu và cũng không tim, không có chân mà cũng không có vây! Bộ đồ lòng của nó gọi là một cái túi thì đúng hơn cách gọi thông thường là ống tiêu hoá và vì vậy cái miệng cũng đồng thời là cái hậu môn! Thay vì có bộ óc, loại động vật này chỉ có một nhúm thần kinh khá rườm rà. Tôm hay cá thì bơi, còn sứa thì chỉ đủng đỉnh lắc lư để đi tới. Toàn thân sứa trông như một miếng thạch rau câu, thành thử tiếng Anh gọi sứa là jellyfish (jelly là miếng thạch).

Thế nhưng nay thì những kết quả nghiên cứu mới nhất về sứa đã và đang khiến các nhà khoa học phải suy nghĩ lại. Thì ra lâu nay họ đã đánh giá chưa đúng mức về sứa và các họ hàng của chúng trong nhóm được gọi là cnidarian. Bên dưới cái vẻ ngoài cực kỳ đơn giản, sứa có một tập hợp gien cực kỳ phức tạp, trong đó có cả những gien có trong cơ thể con người. Tầm quan trọng của những phát hiện mới nhất, theo các nhà khoa học là: chúng đã gợi ra những suy nghĩ xa hơn, có thể dẫn đến những lý thuyết mới về sự tiến hoá của các loài động vật trong suốt 600 triệu năm qua. Những khám phá mới đã thu hút các nhà khoa học đến với nhóm cnidarian như những mô hình mẫu để tìm hiểu về cơ thể con người.

Những hiểu biết về sứa trước đây

Các học giả thời Phục hưng cho chúng là thực vật. Đến thế kỷ 18, các nhà tự nhiên học bất đắc dĩ lắm mới chấp nhận chúng là động vật. Họ xếp sứa và cnidarian vào nhóm “zoophytes”, động vật hình cây nằm giữa động vật và thực vật.

Phải đến thế kỷ 19, các nhà tự nhiên học mới biết là sứa đẻ trứng và các bộ phận của cơ thể sứa phát triển từ hai lớp mô nguyên thuỷ: nội bì và ngoại bì, khác với những loài động vật khác kể cả con người và sâu bọ đều có thêm một lớp thứ ba trong mô phôi, gọi là trung bì nằm giữa hai lớp mô kia. Trung bì làm phát triển các cơ bắp, tim và nhiều bộ phận khác của động vật không có trong nhóm sứa.

Cnidarian cũng có cách bố trí cơ thể đơn giản hơn hết. Cá, ruồi đục quả, giun đất. . .đều có đầu có đuôi, có phía trước và phía sau lưng khác nhau, có bên phải và bên trái. . .Các nhà khoa học quy cho các loài động vật, kể cả con người có hai bên cân đối là đối xứng bilaterian. Ngược lại, con sứa như hoàn toàn không đối xứng theo kiểu này mà lại đối xứng theo kiểu bánh xe đạp, tất cả phát ra từ một trục ở giữa. Các nhà sinh học về thuyết tiến hoá coi con sứa như một di vật của những ngày đầu tiến hoá của động vật. Những động vật đầu tiên gần như chắc chắn là những cụm tế bào giống như thuộc nhóm kế đó, bắt đầu có những nét đặc trưng như các mô đơn giản và thần kinh.

Thế nhưng những hoá thạch của động vật còn lưu lại cho thấy giả thuyết này không vững - nhiều mẫu động vật hoá thạch cổ xưa nhất rất giống sứa hay các loài cnidarian khác. Còn hoá thạch bilaterian cổ nhất cũng trẻ hơn, xuất hiện vào kỷ Cambri, 540 triệu năm trước.

Một số nhà nghiên cứu cho là kết cấu cơ thể đối xứng – bilaterian đã giúp cho sự khởi đầu bùng phát ở kỷ Cambri. Không giống các tổ tiên của họ, các bilaterian có đầu, cho phép họ cảm nhận được chung quanh, kiểm soát được cơ thể, kiểm soát được các hoạt động như bơi, bò. . .

Những gợi ý từ các kết quả nghiên cứu mới

Thế nhưng các kết quả nghiên cứu mới đây đã làm lung lay lý thuyết này. Những mẫu hoá thạch cổ nhất có thể gọi là sứa mới có tuổi chỉ 540 triệu năm trong khi Tiến sĩ sinh học Kevin J.Peterson ở Dartmouth và các đồng nghiệp của ông ước lượng tổ tiên của những con sứa hiện nay đã sinh sống trên Trái đất phải lâu hơn, hay nói cách khác, bọn cnidarian không thể xuất hiện trước bọn bilaterian trong chỉ khoảng 10 triệu năm. Và TS. Peterson đang thực hiện đánh giá lại tuổi của sứa bằng cách nghiên cứu DNA, những đồng hồ sinh học của chúng.

Các khảo sát về di truyền học cũng thách thức các lý thuyết thông thường về cnidarian. Bắt đầu từ thập niên 1980, các nghiên cứu về bilaterian đã phát hiện một bộ gien có trách nhiệm về cấu trúc của cơ thể. Một số gien tạo thành một cái trục từ đầu đến đuôi, những gien khác chịu trách nhiệm về những khác nhau giữa trước và sau. Con người và côn trùng nhìn thì rất khác nhau, nhưng chúng lại chia sẻ các công cụ di truyền gần như giống hệt nhau. Và khám phá mới cho là các công cụ này đã được tiến hoá qua các bậc tổ tiên của bilaterian.

TS. Mark E.Martindale của trường Đại học Hawait và các đồng sự của ông đã quyết định tìm hiểu các loài gien đã hình thành ra sứa và nhóm cnidarian. Họ đã mất khá nhiều thời gian mới bắt đầu thu nhặt được kết quả - tìm ra một chủng loài không chỉ sống được trong môi trường phòng thí nghiệm mà còn có thể sinh sản, cung cấp phôi cho nghiên cứu.

Nhóm nghiên cứu của Martindale đã chọn được loại hải quỳ hình sao có nhiều ở bờ biển New England. Họ phải hết sức kiên nhẫn để nuôi cấy và tìm hiểu về gien di truyền của chúng, có lẽ phải mất từ 9 đến 10 năm nữa, nhưng họ nhìn nhận là đã đào đúng mỏ vàng! Họ tìm thấy trong phôi, một số gien có tác dụng “bật” lên gần như giống hệt những gien hình thành trục đầu-đuôi của các bilaterian, trong đó có cả con người. Một số nghiên cứu khác cho thấy cnidarian cũng sử dụng một số gien khác trong bộ gien của bilaterian. Chẳng hạn như những phôi hình thành sự trước, sau của phôi bilaterian cũng tạo ra mặt trái của phôi hải quỳ.

Những phát hiện này buộc các nhà khoa học phải suy nghĩ - Tại sao nhóm cnidarian lại phải sử dụng một bộ gien hình thành cơ thể thật phức tạp trong khi cơ thể của chúng lại rất ư là đơn giản? Họ phải đi đến kết luận là cnidarian thực sự có thể sẽ rắc rối hơn cái vẻ bề ngoài đơn giản này, ít ra là hệ thần kinh của chúng. “Có thể là ở mức độ phân tử, còn có nhiều vùng cơ thể của chúng chưa được nhận biết” - theo TS John R.Finnerty, thuộc trường Đại học Boston vốn cùng hợp tác nghiên cứu với TS. Martindale. TS. Finnerty dự đoán: Hệ thần kinh của sứa sẽ rắc rối hơn nhiều, hiện chỉ được mô tả là một mạng thần kinh, nhưng các nghiên cứu tới đây sẽ chỉ ra là mạng thần kinh này cũng được phân ra nhiều vùng chức năng như não người!

Giả thuyết mới nhất về sự tiến hoá của sứa

Những khám phá này đã thúc đẩy TS. Peterson phải cân nhắc lại vị trí của cnidarian trong lịch sử về cội nguồn của sự sống. Bây giờ thì ông đưa ra giả thuyết - cnidarian không phải là bậc tiền bối duy nhất trong đợt bùng phát ở kỷ Cambri, mà chỉ là số đông; và sự tiến hoá của chúng là nhờ vào sự phát triển của thức ăn. Trong một bài báo đăng trên tờ Paleobiology, nhóm của TS.Peterson cho là tổ tiên của cả bilaterian và cnidarian là một loại sâu bò ngọ nguậy dưới đáy biển ở thời điểm cách đây 600 triệu năm, dấu mốc tiêu biểu cho bước tiến bộ quan trọng trong lịch sử tiến hoá của động vật. Thay vì chỉ đơn giản và thụ động lọc lấy những miếng thức ăn nhỏ xíu trong nước biển, chúng đã có thể kiếm ăn nhờ bắt những con mồi lớn hơn. Và cứ thế, chúng tiến lên. Một số trong những loài động vật này bắt đầu ăn thịt đồng loại. Con nào tự vệ được sẽ tồn tại và một cách để tránh không bị con khác ăn thịt là chúng phải to khoẻ hơn. Cách khác nữa để tồn tại là giấu trứng thay vì để chúng khơi khơi dưới đáy biển dễ bị xơi mất. Một số giống loài có thể bơi trong nước khi trưởng thành. . .

Rồi ở thời điểm khi trong nước đã bắt đầu đầy ắp các loài động vật, cnidarians có được hình dạng hiện tại. Những con cnidarian đầu tiên tự neo mình dưới đáy biển và mọc lên giống như hải quỳ và san hô hiện nay. Trong quá trình phát triển này, chúng từ bỏ kết cấu bilaterian của các tổ tiên. Cũng vào lúc này, các cnidarian tiến hoá, phát triển các vũ khí đặc biệt của chúng: một tế bào chứa một cái móc nhỏ xíu gọi là nematocyte, bắn ra độc tố có thể làm liệt con mồi. Khi các loài động vật khác thường tiến dần lên cao khỏi đáy biển, lên mặt nước. . ., vài giống cnidarian phải tiến hoá thích nghi để săn bắt mồi. Con sứa là sản phẩm của giai đoạn tiến hoá cuối cùng này.

Kết quả này lại dẫn dắt đến những nghiên cứu khác, đáp ứng những đòi hỏi cái mới không ngừng của các nhà khoa học. Bộ gien của hải quỳ hình sao đang được nghiên cứu giải mã bởi Joint Gienome Institute thuộc Bộ Năng lượng Mỹ, dự kiến sẽ hoàn tất vào cuối năm nay. Các nhà khoa học đang chờ đợi nhiều điều thú vị từ kết quả giải mã gien này. Họ vốn đã khám phá ra một số gien lâu nay cứ tưởng là của riêng các loài động vật có xương sống nay hoá ra cũng có trong bộ gien của cnidarian. Thành ra ngày nay, người ta đã rõ là những gien này không xuất hiện ở các loài động vật có xương sống đầu tiên mà phải là sớm hơn - ở những tổ tiên của cnidarian và bilaterian 600 triệu năm về trước. Sau đó, chúng biến mất trong một số nhánh bilaterian như giun và sâu bọ. . .

Khoa học phổ thông số 29(767)