Buzz
Lần đầu tiên trong lịch sử nghiên cứu, các nhà khoa học đã thành công trong việc giải mã toàn bộ hệ gen nhện biển với độ chính xác cao chưa từng có
Lớp động vật Aglagiidae này luôn là câu đố hóc búa với giới nghiên cứu bởi cấu trúc cơ thể dị biệt. Khác xa họ hàng nhện thông thường, chúng gần như không sở hữu phần bụng hoàn chỉnh
Đặc biệt hơn, nhiều cơ quan nội tạng của chúng còn phân bố kéo dài vào các chi. Với thân hình thuôn dài cực hẹp, sinh vật biển này xứng đáng danh hiệu một trong những loài kỳ dị nhất đại dương. Dù mang tên nhện biển, chúng thực chất có quan hệ gần với lớp hình nhện và thuộc nhóm Chelicerate đa dạng gồm nhện, bọ cạp, ve và cua móng ngựa
Cấu trúc cơ thể độc nhất vô nhị này đặt ra hàng loạt câu hỏi lớn: Cơ chế hình thành nào tạo nên đặc điểm dị thường này? Ý nghĩa tiến hóa của nó đối với nhóm Chelicerate là gì? Để giải mã bí ẩn, các nhà khoa học đã tập trung phân tích DNA, hy vọng tìm thấy manh mối trong mã di truyền
Hành trình giải mã hệ gen: Công nghệ đỉnh cao và những phát hiện gây sốc
Bằng phương pháp giải trình tự thế hệ mới, nhóm nghiên cứu đã phân tích bộ gen nhện biển. Quy trình bắt đầu bằng việc tách chiết DNA từ mẫu vật ven bờ sử dụng công nghệ đọc dài, cho phép thu nhận các đoạn DNA liên tục lớn - chìa khóa giải quyết các vùng lặp phức tạp. Mẫu thứ hai được dùng để xác định cấu trúc không gian 3D của bộ gen trong nhân, giúp xác định chính xác trình tự DNA
Nhờ ứng dụng đồng thời hai phương pháp công nghệ cao, các nhà khoa học đã tái tạo thành công 57 nhiễm sắc thể với độ chính xác vượt trội, phủ gần như toàn bộ hệ gen nhện biển. Nghiên cứu biểu hiện gen qua các giai đoạn phát triển đã giúp làm rõ hơn cơ chế hình thành và tăng trưởng của loài sinh vật đặc biệt này.
Nikolaos Papadopoulos, tác giả chính từ Khoa Sinh học Tiến hóa Đại học Vienna, chia sẻ: "Giải mã bộ gen các sinh vật không thuộc nhóm mô hình luôn là thách thức lớn, và nhện biển cũng không ngoại lệ. Nhờ kết hợp các công nghệ giải trình tự hiện đại với năng lực xử lý dữ liệu quy mô lớn, chúng tôi đã thu được bộ gen chất lượng cao, tạo nền tảng vững chắc cho những nghiên cứu chuyên sâu sau này".
Bí mật đằng sau sự biến mất của phần bụng: Sự thiếu hụt gen then chốt
Trọng tâm nghiên cứu được đặt vào cụm gen Hox - nhóm gen có vai trò thiết yếu trong phân vùng cơ thể động vật. GS. Andreas Wanninger, trưởng nhóm nghiên cứu nhấn mạnh: "Ở động vật chân khớp, gen Hox đóng vai trò như 'nhạc trưởng' điều phối quá trình phân chia cơ thể và là yếu tố then chốt trong phát triển hình thái ở đa số các loài".
Phát hiện gây chấn động là sự biến mất hoàn toàn của gen Abd-A - một thành phần quan trọng trong cụm gen Hox chịu trách nhiệm phát triển phần sau cơ thể. Sự thiếu vắng gen này có thể là nguyên nhân trực tiếp dẫn đến sự thoái hóa nghiêm trọng của phần bụng, giải thích cho cấu trúc cơ thể dị thường của nhện biển.
Hiện tượng tương tự cũng được ghi nhận ở một số loài chân khớp khác có phần sau cơ thể bị tiêu giảm (như một số loài ve và hà). Đây được xem là bằng chứng thuyết phục củng cố cho giả thuyết tiến hóa: 'Sự mất đi các gen Hox dẫn đến sự thoái hóa cấu trúc cơ thể'.
Mở ra góc nhìn mới về tiến hóa: Nguồn gốc của ngành Chelicerate
Phân tích hệ gen nhện biển còn hé lộ những quy luật tiến hóa ở tầm vĩ mô. Khác biệt rõ rệt với nhện và bọ cạp, hệ gen của loài nhện biển ven bờ hoàn toàn không có dấu hiệu của hiện tượng nhân đôi toàn bộ hệ gen cổ đại.
Với vị trí là nhóm chị em nguyên thủy của chelicerate, phát hiện này cho thấy tổ tiên chung của nhóm này không có đặc điểm nhân đôi gen, và hiện tượng này chỉ xuất hiện trong quá trình tiến hóa của một phân nhóm chelicerate nhất định, chứ không phải ở tổ tiên ban đầu.
Bộ gen chuẩn mực này đã mở ra chân trời mới cho nghiên cứu so sánh, biến nhện biển ven bờ thành mẫu hình tham chiếu quan trọng để tìm hiểu mối quan hệ giữa các loài chân khớp, mô hình tiến hóa cơ thể và cơ chế di truyền đằng sau sự đa dạng của ngành này.
TS. Georg Brenneis, đồng tác giả nghiên cứu nhận định: "Nhện biển là đối tượng nghiên cứu lý tưởng về tiến hóa phát triển: quá trình phát triển của chúng có thể bảo tồn đặc điểm tổ tiên chân khớp, đồng thời phát triển những cấu trúc cơ thể độc đáo và khả năng tái tạo đáng kinh ngạc. Giờ đây với bản đồ gen hoàn chỉnh và cơ sở dữ liệu biểu hiện gen, chúng ta có thể phân tích hệ thống những đặc điểm này ở mức độ phân tử".
Nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục khai thác bộ gen tham chiếu này để làm sáng tỏ cơ chế điều hòa gen, phát triển và tái tạo ở chelicerate, nhằm giải mã bí ẩn về thành công tiến hóa vượt bậc của nhóm động vật này. Khám phá không chỉ là bước đột phá trong sinh học tiến hóa mà còn minh chứng cho sự phức tạp và đa dạng vô tận của sự sống trên Trái đất.
Trung Quốc đã phát triển một loại 'bê tông dẻo' dạng bọt, có thể ngăn chặn những thảm kịch đối với máy bay!
