Buzz
Các nhà khoa học tại Đại học Yamanashi vừa phát hiện ra một giới hạn sinh học tàn khốc của tự nhiên. Sau năm mươi tám thế hệ sao chép liên tiếp, tất cả chuột nhân bản đều không còn sống sót, khẳng định tầm quan trọng của sinh sản hữu tính.
Từ lâu, giới khoa học viễn tưởng đã mô phỏng một viễn cảnh đầy mê hoặc về sự bất tử thông qua nhân bản vô hạn. Trong trí tưởng tượng của con người, chúng ta có thể bảo tồn mãi mãi các giống vật nuôi ưu tú, thú cưng thân yêu, hoặc thậm chí là giữ lại bản sao của chính mình. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã dội một gáo nước lạnh vào hy vọng đó, khẳng định rằng sinh học thực tế không vận hành một cách tự do như vậy.
Vào tháng Một năm 2005, nhóm nghiên cứu tại Đại học Yamanashi, Nhật Bản, bắt đầu một dự án tham vọng. Họ chọn một con chuột cái có bộ lông màu nâu agouti trong phòng thí nghiệm để thực hiện nhân bản. Quy trình có vẻ đơn giản: khi bản sao đầu tiên trưởng thành, họ sẽ tiếp tục trích xuất tế bào của nó để tạo ra bản sao tiếp theo. Quá trình này được tiếp tục không ngừng nghỉ.
Kết quả ban đầu hết sức hứa hẹn. Khi đạt đến thế hệ thứ 25, tỷ lệ nhân bản thành công thậm chí còn tăng lên rõ rệt. Đến năm 2013, nhóm nghiên cứu tự tin công bố thành quả của mình. Những con chuột sinh ra hoàn toàn khỏe mạnh, sống thọ bình thường và không có dị tật thể chất. Nhà sinh học Teruhiko Wakayama từng chia sẻ với Reuters rằng họ đã vội vàng kết luận rằng việc nhân bản có thể kéo dài vô tận.
Tuy nhiên, thực tế lại hoàn toàn khắc nghiệt. Sau hai mươi năm thí nghiệm với 58 thế hệ và hơn 30.000 nỗ lực sao chép trên một dòng chuột, một giới hạn sinh học không thể vượt qua đã xuất hiện. Wakayama thừa nhận rằng do không kiểm tra kỹ càng trình tự di truyền trong mười ba năm tiếp theo, họ không nhận ra được giới hạn chết người của quá trình này.
Thí nghiệm kéo dài 20 năm tại Đại học Yamanashi đã chứng minh rằng việc nhân bản liên tiếp vô thời hạn ở động vật có vú là không thể, khi chạm phải giới hạn sinh học.
Bắt đầu từ thế hệ thứ 27, tỷ lệ sinh sản giảm dần một cách âm thầm. Sự sống dần cạn kiệt đến thế hệ thứ 57, khi chỉ còn 0,6% phôi thai nhân bản sống sót. Và thế hệ thứ 58 đã đánh dấu sự kết thúc hoàn toàn của dòng dõi, khi tất cả các bản sao đều qua đời chỉ trong vòng chưa đầy một ngày.
Để dễ hình dung, quá trình này giống như việc bạn photocopy một tờ giấy đã được photocopy. Lần đầu tiên, chất lượng hình ảnh chỉ giảm nhẹ. Nhưng nếu tiếp tục photocopy bản sao đó thêm 58 lần nữa, kết quả sẽ trở nên méo mó đến mức không thể nhận dạng. Qua việc giải trình tự bộ gen, các nhà khoa học đã phát hiện ra sự hủy hoại di truyền mức độ thảm khốc. Mỗi thế hệ có khoảng 70 đột biến mới. Nghiêm trọng hơn, nhiều đoạn DNA lớn bị phá vỡ, các nhiễm sắc thể bị đảo ngược hoặc gắn sai vị trí. Thậm chí một số thế hệ sau đánh mất hoàn toàn một nhiễm sắc thể X. Theo Wakayama, tỷ lệ đột biến ở chuột nhân bản cao gấp ba lần so với chuột sinh ra từ giao phối tự nhiên.
Hiện tượng này đã làm sáng tỏ một bí ẩn lớn trong sinh học tiến hóa về vai trò của sinh sản hữu tính. Mặc dù việc giao phối tiêu tốn nhiều năng lượng và chỉ truyền lại một nửa số gen, nhưng giả thuyết Nữ Hoàng Đỏ - lấy cảm hứng từ nhân vật trong tác phẩm của Lewis Carroll - cho rằng sự kết hợp di truyền tạo ra các rào cản thay đổi liên tục để chống lại virus và ký sinh trùng. Tuy nhiên, những con chuột trong phòng thí nghiệm Yamanashi lại sống trong một môi trường vô trùng, không có mầm bệnh và được kiểm soát nghiêm ngặt, do đó chúng không phải đối mặt với áp lực từ các mối đe dọa bên ngoài.
Tỷ lệ sống sót của chuột nhân bản bắt đầu giảm từ thế hệ thứ 27 và hoàn toàn sụp đổ ở thế hệ thứ 58, khi tất cả các bản sao đều chết yểu.
Lý giải duy nhất cho sự sụp đổ này chính là lý thuyết bánh cóc Muller. Nhà di truyền học Hermann Joseph Muller từng chỉ ra rằng sinh sản vô tính giống như một bánh răng chỉ tiến mà không lùi. Mỗi đột biến ngẫu nhiên tích tụ mãi trong dòng dõi. Nhà sinh học tiến hóa Michael Lynch cũng giải thích với tạp chí Nature rằng một khi đột biến xuất hiện, không có cách nào để quay ngược thời gian. Sự tích tụ của các gen khiếm khuyết cuối cùng dẫn đến sự sụp đổ đột biến, khiến sinh vật vượt quá ngưỡng chịu đựng và không thể sống sót. Những động vật bậc thấp như giun dẹp thoát khỏi bánh cóc này nhờ hệ thống chọn lọc soma tàn khốc, trong khi luân trùng bdelloid có hệ thống sửa chữa DNA cực mạnh. Tuy nhiên, động vật có vú lại không sở hữu những khả năng này.
Các phát hiện được công bố trên tạp chí Nature Communications đã gióng lên một hồi chuông cảnh báo cho tương lai ngành nhân bản nông nghiệp và bảo tồn. Mặc dù Wakayama - người đã sử dụng kỹ thuật chuyển nhân tế bào soma để tạo ra chuột nhân bản đầu tiên vào năm 1997, ngay sau cừu Dolly - vẫn tin vào tiềm năng của công nghệ này, ông cũng phải thừa nhận sự bế tắc hiện tại. Các nhà khoa học không thể coi nhân bản là phương pháp lưu trữ an toàn tuyệt đối. Thay vào đó, chuyên gia sinh học Atsuo Ogura gợi ý trên tạp chí Nature rằng chúng ta nên tập trung lưu trữ số lượng lớn tế bào soma ban đầu thay vì thực hiện nhân bản nối tiếp. Sự diệt vong của thế hệ chuột thứ 58 đã gửi một thông điệp rõ ràng: nhân loại không thể dễ dàng đánh lừa hàng triệu năm tiến hóa của động vật có vú.
