Nghiên cứu mới cho thấy sao biển hoàn toàn không có phần thân

Theo một bài viết khoa học đăng tải tuần trước trên trang tin CNN, cơ thể những con sao biển mà chúng ta nhìn thấy hoàn toàn không phải là phần thân của chúng.

Theo bài viết, đầu của hầu hết các loài động vật đều có thể dễ dàng nhận dạng được, nhưng cho đến nay các nhà khoa học vẫn chưa thể xác nhận điều tương tự đối với loài sao biển.

Một con sao biển có năm “cánh tay” giống hệt nhau với một lớp "chân ống" bên dưới có thể giúp sinh vật này di chuyển dưới đáy biển. Các nhà tự nhiên học băn khoăn liệu với sao biển, có xác định được đâu là phía trước đâu là phía sau hay không, và liệu chúng có đầu hay không.

Một con sao biển.

Tuy nhiên, nghiên cứu di truyền mới cho thấy điều ngược lại: Sao biển phần lớn là những chiếc đầu không có thân hoặc đuôi, và có khả năng chúng đã mất đi các phần thân và đuôi 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, có thể cho thấy nhiều điều về mặt tiến hóa dựa trên những phát hiện mới.

Những phát hiện này được công bố hôm 1/11 trên tạp chí Nature.

Laurent Formery - tác giả chính của nghiên cứu và là một cựu học giả sau Tiến sỹ tại Đại học Stanford và Đại học California, Berkeley - cho biết: “Nó giống như thể con sao biển hoàn toàn mất đi một cái vòi và có thể mô tả một cách dễ hiểu nhất là, 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”.

Những phát hiện này - được thực hiện nhờ các phương pháp giải trình tự gene mới - 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 các động vật khác trông không hề giống chúng.

“Sơ đồ” cơ thể độc đáo

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

Những loài động vật khác thường này có “sơ đồ” cơ thể độc đáo, được sắp xếp thành năm phần bằng nhau, khác biệt rất nhiều so với cơ thể đối xứng từ đầu đến đuôi của các loài động vật “hai bên” - có hai bên trái và phải đối xứng nhau.

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, trong 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 hoặc hình ngũ giác.

“Đây là một bí ẩn về động vật học trong nhiều thế kỷ” - Đồng tác giả nghiên cứu cấp cao Christopher Lowe, nhà sinh vật học biển và phát triển tại Đại học Stanford, cho hay. “Làm thế nào bạn có thể chuyển từ sơ đồ cơ thể đối xứng hai bên sang sơ đồ có năm trục, và làm thế nào bạn 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 của hầu hết các loài động vật đều 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 “lập trình” di truyền.

Phát hiện này đã được trao giải Nobel về Sinh lý học và Y học năm 1995.

Nhưng động vật da gai cũng có chung tổ tiên với các loài động vật “hai bên” - điều này càng làm tăng thêm phần hóc búa cho “câu đố” mà các nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm ra lời giải.

Đồng tác giả nghiên cứu, Tiến sỹ Jeff Thompson, giảng viên Đại học Southampton, cho biết: “Các bộ phận cơ thể khác nhau của động vật da gai có mối liên hệ với những bộ phận chúng ta thấy ở các nhóm động vật khác như thế nào vẫn là một bí ẩn đối với các nhà khoa học trong suốt thời gian chúng tôi nghiên cứu về chúng”,

“Ở những họ hàng [với cơ thể] hai bên của chúng, cơ thể được chia thành đầu, thân và đuôi. Nhưng 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"".

“Bẻ mã khóa” loài da gai

Các nhà nghiên cứu thực hiện nghiên cứu mới này 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 các sao biển.

Sau đó, các thành viên của nhóm nghiên cứu đã sử dụng các kỹ thuật phân tích tiên tiến để phát hiện nơi gene được biểu hiện trong mô và xác định các chuỗi RNA cụ thể trong tế bào. Sự biểu hiện của gene xảy ra khi thông tin bên trong gene trở thành chức năng.

Hình ảnh hệ thần kinh của một con sao biển được thể hiện trong quá trình phân tích, do tác giả Laurent Formery cung cấp. (Ảnh: CNN/Ảnh chụp màn hình).

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 các gene giống nhau mã hóa cho các vùng cơ thể này ở tất cả các 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 góc là gì?”

Tổng hợp lại, các dữ liệu đã tạo ra một bản đồ 3D để xác định vị trí các 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 của 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 con sao biển, đặc biệt tập trung ở trung tâm của ngôi sao và trung tâm của mỗi chi.

Nhưng 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” - tác giả chính Formery, cũng là nhà nghiên cứu tại Chan Zuckerberg BioHub, một tổ chức nghiên cứu phi lợi nhuận ở San Francisco, cho biết.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Chan Zuckerberg BioHub, đồng sáng lập vào năm 2021 bởi Tiến sỹ Priscilla Chan và Mark Zuckerberg, cùng với NASA, Quỹ Khoa học Quốc gia và Leverhulme Trust.

Thompson cho biết: “Khi chúng tôi so sánh sự biểu hiện gene ở sao biển với các nhóm động vật khác, như động vật có xương sống, có vẻ như một phần quan trọng trong sơ đồ cơ thể đã bị thiếu. Các gene thường liên quan đến hình dáng của thân động vật lại không được biểu hiện ở ngoại bì. Có vẻ như toàn bộ sơ đồ cơ thể da gai gần tương đương với phần đầu ở các nhóm động vật khác”.

Sao biển và các loài động vật da gai khác có thể đã phát triển cấu trúc cơ thể độc đáo của chúng sau khi tổ tiên của chúng mất đi phần thân, cho phép chúng di chuyển và kiếm ăn theo cách khác với những loài động vật khác.

Thompson cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho chúng ta biết sơ đồ cơ thể da gai phát triển theo cách phức tạp hơn so với những gì chúng ta nghĩ trước đây và vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu về những sinh vật hấp dẫn này. Là một người đã nghiên cứu chúng trong mười năm qua, những phát hiện đó đã thay đổi hoàn toàn cách tôi nghĩ về nhóm động vật này".