Bộ gen cá điện tiết lộ cách quá trình tiến hóa lặp lại

Xem Thêm : Cách căn giữa văn bản trong bảng trong Adobe

Dọc theo âm u dưới đáy sông Amazon, loài cá ngoằn ngoèo được gọi là lươn điện lùng sục trong bóng tối để tìm kiếm những con ếch không cẩn thận hoặc những con mồi nhỏ khác. Khi một con cá bơi qua, con cá phóng ra hai xung điện 600 vôn để gây choáng hoặc giết chết nó. Chiến thuật săn mồi bằng điện áp cao này rất đặc biệt, nhưng một số loài cá khác cũng sử dụng điện: Chúng tạo ra và cảm nhận được điện áp yếu hơn khi di chuyển qua vùng nước bùn, chuyển động chậm và khi giao tiếp với đồng loại của chúng thông qua những cú sốc nhẹ giống như mã morse .

Thông thường, khi một số loài chia sẻ một khả năng khác thường như tạo ra điện, đó là bởi vì chúng có quan hệ họ hàng chặt chẽ với nhau. Nhưng cá điện ở các con sông ở Nam Mỹ và châu Phi trải dài sáu nhóm phân loại riêng biệt, và có ba dòng cá biển khác ngoài chúng. Ngay cả Charles Darwin cũng suy ngẫm về cả tính mới của khả năng điện của chúng và sự phân bố địa lý và phân loại kỳ lạ của chúng trong Trên Nguồn gốc của loàiviết, “Không thể hình dung được những cơ quan kỳ diệu này đã được sản xuất theo những bước nào” – không chỉ một lần mà nhiều lần.

Một bài báo gần đây được xuất bản trong Tiến bộ Khoa học giúp làm sáng tỏ bí ẩn tiến hóa này. “Chúng tôi thực sự chỉ theo dõi Darwin, như hầu hết các nhà sinh vật học làm,” Harold Zakon, một nhà sinh học tích hợp tại Đại học Texas, Austin và đồng tác giả của nghiên cứu cho biết. Bằng cách ghép các manh mối bộ gen lại với nhau, nhóm của ông ở Texas và các đồng nghiệp tại Đại học Bang Michigan đã khám phá ra cách một số cơ quan điện tương tự xuất hiện trong các dòng cá điện cách nhau khoảng 120 triệu năm tiến hóa và 1.600 dặm đại dương. Hóa ra, có nhiều cách để phát triển đàn organ điện, nhưng tự nhiên vẫn có một số thủ thuật yêu thích.

Những con cá Nam Mỹ và châu Phi mà nhóm của Zakon nghiên cứu có được sức mạnh từ các cơ quan điện chuyên biệt kéo dài dọc theo phần lớn cơ thể của chúng. Các tế bào cơ biến đổi được gọi là tế bào điện trong các cơ quan tạo ra các gradient ion natri. Khi các protein cổng natri trong màng tế bào điện mở ra, điều này tạo ra một dòng điện. Zakon nói: “Đó là tín hiệu đơn giản nhất mà bạn có thể tưởng tượng.

Trong cơ, các tín hiệu điện này chạy qua và giữa các tế bào để giúp chúng co lại để thực hiện các chuyển động, nhưng trong các cơ quan điện, điện áp lại hướng ra bên ngoài. Độ mạnh của mỗi cú sốc phụ thuộc vào số lượng tế bào điện bắn ra cùng một lúc. Hầu hết cá điện chỉ bắn một vài con cùng một lúc, nhưng vì cá chình điện có số lượng tế bào điện cao bất thường, chúng có thể phóng ra điện áp đủ mạnh để giết con mồi nhỏ.

Trong công trình mới, Zakon, cựu kỹ thuật viên nghiên cứu Sarah LaPotin (hiện là ứng viên tiến sĩ tại Đại học Utah) và các đồng nghiệp khác của anh đã tái tạo lại khía cạnh quan trọng của sự tiến hóa của các cơ quan điện này bằng cách truy tìm lịch sử bộ gen của các loài cá.

Nó bắt đầu từ 320 triệu đến 400 triệu năm trước, khi tổ tiên của tất cả các loài cá được phân loại là teleosts sống sót sau một tai nạn di truyền hiếm gặp đã sao chép toàn bộ bộ gen của nó. Các bản sao toàn bộ bộ gen thường gây tử vong cho động vật có xương sống. Nhưng bởi vì chúng tạo ra các bản sao dư thừa của mọi thứ trong bộ gen, các bản sao cũng có thể mở ra các khả năng di truyền chưa được khai thác trước đây. “Đột nhiên, bạn có khả năng tạo ra một con đường hoàn toàn mới, thay vì chỉ một gen mới,” Gavin Conant, một nhà sinh học hệ thống tại Đại học Bang North Carolina, người không tham gia vào nghiên cứu, cho biết.

Harold Zakon, một nhà sinh học tích hợp tại Đại học Texas, Austin, là một trong những người đi đầu trong nghiên cứu mới về sự tiến hóa của cá điện. Ông nói: “Chúng tôi thực sự chỉ đang theo dõi Darwin, như hầu hết các nhà sinh vật học đều làm.Ảnh: Lynne McAnelly / Tạp chí Quanta