Khám phá cấu trúc cơ thể độc đáo của sao biển

Đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể xác định được đầu của loài sao biển.

Hầu hết, đầu của các loài động vật đều có thể dễ dàng được xác định. Tuy nhiên, đến nay, các nhà khoa học vẫn chưa thể xác định điều tương tự đối với sao biển.

Sơ đồ cơ thể độc đáo

Sao biển bắt đầu như những quả trứng được thụ tinh, nở ra và trở thành ấu trùng trôi nổi trong đại dương, giống như sinh vật phù du.

Một con sao biển có năm cánh giống hệt nhau. Một lớp “chân ống” bên dưới có thể giúp sinh vật biển di chuyển dọc theo đáy biển. Hình dạng này khiến các nhà tự nhiên học thắc mắc rằng, liệu sao biển có đầu không? Nghiên cứu di truyền mới cho thấy, sao biển phần lớn có đầu không có thân hoặc đuôi.

Nhiều khả năng là chúng đã mất đi những đặc điểm đó trong quá trình tiến hóa theo thời gian. Các nhà nghiên cứu cho biết, hóa thạch kỳ lạ của tổ tiên sao biển dường như có một loại thân. Điều đó có ý nghĩa hơn rất nhiều về mặt tiến hóa dựa trên những phát hiện mới, được công bố trên tạp chí Nature.

Tác giả chính của nghiên cứu Laurent Formery - học giả tại Trường Đại học Stanford và Đại học California, Berkeley (Mỹ), cho biết: “Điều đó giống như con sao biển hoàn toàn mất đi một cái vòi. Chúng được mô tả chỉ là một cái đầu, bò dọc theo đáy biển. Đó hoàn toàn không phải là những gì các nhà khoa học đã giả định về loài động vật này sau các phương pháp giải trình tự gene mới. Từ đó, có thể giúp trả lời một số câu hỏi lớn nhất còn tồn tại về động vật da gai, bao gồm cả tổ tiên chung của chúng với con người và những động vật khác”.

Sao biển thuộc về một nhóm gọi là động vật da gai, bao gồm nhím biển, đôla cát và hải sâm, chúng có sơ đồ cơ thể độc đáo được sắp xếp thành 5 phần bằng nhau và khác biệt rất nhiều so với cơ thể đối xứng từ đầu đến đuôi của các loài động vật có hai bên trái và phải phản chiếu lẫn nhau.

Sao biển bắt đầu như những quả trứng được thụ tinh, nở ra và trở thành ấu trùng trôi nổi nhiều tuần đến nhiều tháng, trước khi lắng xuống đáy đại dương. Ở đó, chúng trải qua một quá trình biến đổi cơ thể hai bên thành hình ngôi sao.

Đồng tác giả nghiên cứu cấp cao Christopher Lowe - nhà sinh vật học biển tại Trường Đại học Stanford, cho biết: “Đây là một bí ẩn về động vật học trong nhiều thế kỷ. Làm thế nào bạn có thể chuyển từ sơ đồ cơ thể hai bên sang sơ đồ năm trục và tại sao có thể so sánh bất kỳ bộ phận nào của con sao biển với sơ đồ cơ thể của chính chúng ta?”.

Sơ đồ cơ thể hai bên mà hầu hết các loài động vật đều sở hữu bắt nguồn từ các hoạt động di truyền ở cấp độ phân tử có thể được tìm thấy ở đầu và thân, hoặc các vùng trong cơ thể chính.

Đó là lý do tại sao động vật có xương sống, như con người và nhiều động vật không xương sống, bao gồm cả côn trùng, có chung chương trình di truyền. Phát hiện này đã được trao giải Nobel về Sinh lý học và Y học năm 1995.

Song, động vật da gai cũng có chung tổ tiên với các loài động vật đối xứng hai bên. Điều này càng làm tăng thêm câu đố mà các nhà nghiên cứu đang cố gắng giải quyết. Đồng tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Jeff Thompson - giảng viên tại Trường Đại học Southampton, cho biết: “Tại sao các bộ phận cơ thể khác nhau của động vật da gai có mối liên hệ với những bộ phận chúng ta thấy ở những nhóm động vật khác vẫn là một bí ẩn. Ở những động vật đối xứng hai bên, cơ thể chúng được chia thành đầu, thân và đuôi. Tuy nhiên, chỉ nhìn vào con sao biển thì không thể thấy được những phần này liên quan như thế nào đến cơ thể của động vật hai bên”.

Sao biển thuộc về một nhóm gọi là động vật da gai, bao gồm nhím biển, đôla cát và hải sâm.

Giải mã bí ẩn

Các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp chụp cắt lớp vi tính để ghi lại hình ảnh ba chiều chưa từng có về hình dạng và cấu trúc của sao biển. Sau đó, các thành viên của nhóm nghiên cứu đã sử dụng kỹ thuật phân tích tiên tiến.

Từ đó, phát hiện nơi gene được biểu hiện trong mô và xác định các chuỗi RNA cụ thể trong tế bào. Sự biểu hiện gene xảy ra khi thông tin bên trong gene trở thành chức năng. Các dấu hiệu phân tử cụ thể hoạt động giống như bản thiết kế sơ đồ cơ thể, hướng từng tế bào đến vùng cơ thể nơi nó thuộc về.

Tác giả Lowe cho biết: “Nếu bạn lột da của một con vật và nhìn vào các gene liên quan đến việc xác định đầu và đuôi, thì những gene giống nhau mã hóa cho vùng cơ thể này ở tất cả nhóm động vật. Vì vậy, chúng tôi bỏ qua giải phẫu và hỏi: Có một trục phân tử ẩn dưới tất cả giải phẫu kỳ lạ này không và vai trò của nó trong việc con sao biển hình thành sơ đồ cơ thể năm cánh là gì?”.

Cùng với nhau, dữ liệu đã tạo ra một bản đồ 3D để xác định vị trí những gene được biểu hiện khi sao biển phát triển và lớn lên. Nhóm nghiên cứu đã có thể xác định các gene kiểm soát sự phát triển ngoại bì của sao biển, bao gồm da và hệ thần kinh.

Dấu hiệu di truyền liên quan đến sự phát triển của đầu được phát hiện trên khắp các sao biển, đặc biệt tập trung ở trung tâm của nó và mỗi chi. Song, biểu hiện gene ở phần thân và đuôi hầu như không có.

Điều này cho thấy, sao biển có ví dụ ấn tượng nhất về sự tách rời giữa vùng đầu và thân mà chúng ta biết đến ngày nay. Theo nhóm nghiên cứu, sao biển và các loài động vật da gai khác có thể đã phát triển cấu trúc cơ thể độc đáo, sau khi tổ tiên của chúng mất đi vùng thân. Từ đó, cho phép chúng di chuyển và kiếm ăn không giống với các loài động vật khác.

Theo các nhà khoa học, việc nghiên cứu những nhóm như động vật da gai có thể giải đáp một số bí ẩn phức tạp nhất về quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái đất. Nếu tận dụng cơ hội khám phá những loài động vật khác thường đang hoạt động theo cách độc đáo, các nhà khoa học sẽ mở rộng quan điểm về sinh học. Điều đó sẽ giúp giải quyết cả các vấn đề sinh thái và y sinh.