Sinh tồn của loài cá toàn-mái trỏ đến DNA của nó

Sinh tồn của loài cá toàn-mái trỏ đến DNA của nó
Joe Caspermeyer (Arizona State University) & Jim Dryden (Washington University ở St. Louis) (February 13, 2018) - https://news.asu.edu/20180213-survival-all-female-fish-species-points-its-dna


Kể từ khi Amazon molly (1) là động vật có xương sống sinh sản vô tính đầu tiên được phát hiện vào 1932, các nhà khoa học đã tự hỏi làm thế nào điều này lại trở thành hiện thực. Hiện nay, các bằng chứng mới đang được hé lộ cùng với việc hoàn thành hệ gien của nó.

Những động vật rất hiếm vốn sinh sản vô tính – chỉ khoảng một phần ngàn của toàn bộ động vật có xương sống – được cho là trong tình trạng thích nghi ngặt nghèo và bất lợi sinh thái so với đồng bào sinh sản hữu tính của chúng, những kẻ luôn xáo trộn DNA của mình để biến mỗi hậu duệ [trở nên] độc nhất về mặt di truyền.

Nhưng lý thuyết đó không đúng với Amazon molly, một loài cá toàn-mái mà các nhà khoa học hiện đang lần về lịch sử tiến hóa của nó để chứng tỏ rằng nó đã sinh tồn hàng thiên niên kỷ trong các vùng nước ngọt dọc biên giới Mexico-Texas (và gần đây, trong hồ cảnh ở khắp mọi nơi).

Để tìm hiểu sâu hơn làm thế nào mà sinh sản của loài cá này chệch khỏi đường lối bình thường, một đội các nhà khoa học quốc tế đã lần đầu tiên giải trình tự hệ gien Amazon molly.

“Nghiên cứu này mở ra một hợp tác sâu rộng, đánh dấu cái nhìn ban đầu về các đặc tính di truyền của một động vật có xương sống sinh sản vô tính, và thiết lập nền tảng cho các công trình phân tử, tế bào và phát triển trong tương lai ở loài thú vị này,” theo Michael Lynch, người lãnh đạo Trung tâm Cơ chế Tiến hóa của Viện Thiết kế Sinh học (Biodesign Institute's Center for Mechanisms of Evolution) tại Đại học Bang Arizona.

Phát hiện của họ gợi ý rằng sinh sản vô tính của cá molly là bất thường không chỉ vì các cá thể đang bị bất lợi mà còn vì cá có một kết hợp di truyền ngặt nghèo vốn cực hiếm ngoài tự nhiên và điều đó giữ cho chúng mạnh khỏe.

“Dường như các vì sao đều xếp thẳng hàng (2) với loài này” theo tác giả đầu tiên Wesley C. Warren, trợ lý giám đốc tại Viện Hệ Gien McDonnell thuộc Đại học Y Washington ở St. Louis. “Hệ gien gốc của cá nhất định được sắp xếp hoàn hảo và mọi yếu tố đều tương thích cho phép kẻ sinh sản vô tính sinh tồn với sức khỏe tốt về lâu dài. Kiểu kết hợp đó rất hiếm – đại loại như Fred Astaire và Ginger Rogers (3) – kiểu kết hợp không xuất hiện thường xuyên”.

Các phát hiện được đăng tải vào ngày 12 tháng 2 trên tạp chí Tiến hóa và Sinh thái Tự nhiên (Nature Ecology & Evolution).

Một câu chuyện cá
Kể từ khi Amazon molly là động vật có xương sống sinh sản vô tính đầu tiên được phát hiện vào 1932, các nhà khoa học đã tự hỏi làm thế nào mà điều này lại trở thành hiện thực.

Một trong những thuyết, vốn lý giải tại sao sinh sản vô tính lại cản trở sự thích nghi và thành công của loài, là ý tưởng rằng không có DNA mới nào được giới thiệu trong sinh sản, rồi các đột biến gien có hại có thể tích tụ qua nhiều thế hệ thành công, dẫn tới việc tuyệt chủng nhanh chóng. Một giả thuyết khác tuyên bố rằng bởi vì sinh sản vô tính hạn chế phân hóa di truyền (genetic diversity) bên trong một loài, các cá thể không thể thích nghi nhanh chóng với những thay đổi về môi trường.

“Điều mong đợi đó là những cá thể sinh sản vô tính này có bất lợi về mặt di truyền,” theo Warren, cũng là một trợ lý giáo sư về di truyền. “Trên thực tế, Amazon molly đang sống ổn”.

Các nhà khoa học phát hiện rằng Amazon molly là kết quả từ một sự cố sinh sản-hữu tính bao gồm hai loài cá khác nhau, khi một con Atlantic molly (P. mexicana) giao phối với một con Sailfin molly khoảng 100,000 đến 200,000 năm trước (4).

Kể từ đó, Amazon molly là loài lai tạp vốn đặc biệt duy trì ở trạng thái đóng băng về mặt tiến hóa – mà vẫn sinh sôi.

“Đó là khoảng 500,000 thế hệ nếu bạn tính cho đến ngày nay,” Warren nói. “Điều mong đợi là, nhiều đột biến có hại sẽ tích lũy trong khoảng thời gian đó, nhưng đấy không phải là những gì mà chúng tôi phát hiện”.

Amazon molly sinh sản bằng cách “giao phối” với một cá đực của loài họ hàng (5). Nhưng DNA của cá đực không được đưa vào cá con. Thay vào đó, việc giao phối với cá đực kích thích sự nhân bản (replication) của toàn bộ hệ gien mẹ. Thực ra, cá molly tự nhân bản chính chúng. Chúng không đẻ trứng mà thay vào đó đẻ ra cả bầy con đông đúc (6).

Giải trình về nhân bản
Các nhà khoa học từ lâu đã đặt giả thuyết rằng các nhân bản, qua việc không thể loại bỏ các đột biến có hại, sẽ dẫn đến suy thoái di truyền, và nhanh chóng tuyệt chủng sau nhiều thế hệ.

Các nhà khoa học không tìm thấy các dấu hiệu trên diện rộng về thoái hóa di truyền.

Điều này vẫn đúng ngay cả khi họ khảo sát các gien liên quan đến nội tạng mà molly vĩnh viễn không cần đến, chẳng hạn như tạo tinh trùng và phát triển đực. Rõ ràng, các gien này vẫn còn nguyên và molly phân hóa về mặt di truyền.

Vậy trong khi Amazon molly vẫn đang sinh sôi mãi, nó vẫn chống trả không đưa ra bí mật di truyền của mình – trong hiện tại.

Dù chưa rõ tại sao hệ gien của Amazon molly vẫn mạnh khỏe và không chứa các đột biến có hại sau rất nhiều thế hệ sinh sản vô tính, các nhà nghiên cứu tin rằng câu trả lời sẽ sớm được phát hiện trong hệ gien của nó.

“Có lẽ Amazon molly sở hữu những điều tốt nhất của cả hai thế giới,” theo cộng sự nghiên cứu Manfred Schartl tại Đại học Wurzburg ở Đức. “Nó dường như có một số thuận lợi mà chúng ta thấy ở những loài sinh sản hữu tính và những thuận lợi khác thường được thấy ở những loài sinh sản vô tính”.

Cho dù nguyên nhân nào, các nhà nghiên cứu nói Amazon molly là một ngoại lệ theo ý tưởng về những bất lợi về tiến hóa của sinh sản vô tính.

“Thành công của loài này dường như là một sự cố ngẫu nhiên,” Warren nói. “Điều rất hiếm ngoài tự nhiên bởi vì sự kết hợp phải hoàn hảo với những loài như molly để [có thể] sinh sôi trong thật nhiều thế hệ”.

Ghi chú
(1) Molly là loại cá cảnh rất phổ biến. Cá thuần dưỡng trên thị trường hầu hết đều lai tạp với cả đống tên thương mại khác nhau như bình tích, hoàng kim, trân châu, “hắc molly”… tùy màu sắc. Amazon molly (Poecilia formosa) là quần thể molly toàn-mái. Theo Wikipedia, Amazon chỉ đến các nữ chiến binh trong thần thoại Hy Lạp, không phải sông Amazon ở Nam Mỹ (Amazon molly).

(2) “Các vì sao đều xếp thẳng hàng” (starts aligned) nghĩa là rất may mắn.

(3) Fred Astaire và Ginger Rogers là cặp vũ công Mỹ nổi tiếng trong nửa đầu của thế kỷ 20.

(4) Theo Wikipedia, cha hoặc mẹ còn lại là một phân loài chưa xác định của Sailfin molly (Poecilia latipinna) hay tổ tiên đã tuyệt chủng của nó. (Amazon molly).

(5) Theo Wikipedia, Amazon molly thường giao phối với cá đực của bốn loài cùng chi khác: Atlantic molly (P. mexicana), Sailfin molly (P. latipinna), Broadspotted molly (P. latipunctata) hay thỉnh thoảng Short-fin molly (P. sphenops). Một cá đực khác cũng xuất hiện trong địa bàn phân bố tự nhiên của Amazon molly và có thể kích thích sinh sản đơn tính (parthenogenesis) ở Amazon molly cái là Amazon molly đực tam bội (triploids). Những con đực này rất hiếm ngoài tự nhiên và không nhất thiết phải tham gia vào quá trình sinh sản. Do đó Amazon molly vẫn được coi là một loài toàn-mái (Amazon molly). Theo một tài liệu khác, Amazon molly đa phần là lưỡng bội (diploids, 2n=46). Thể tam bội cũng khá phổ biến ngoài tự nhiên (3n=69) và hữu sinh (fertile), chúng tiếp tục sinh ra mái tam bội con. Tam bội ban đầu được hình thành khi trứng của P. formosa nhị bội được thụ tinh bởi tinh trùng bình thường của P. mexicana hay P. latipinna tiếp nối một hư hỏng của cơ chế loại tinh trùng (sperm exclusion mechanism) trong một quy trình gọi là “cấy gien cha” (paternal introgression) (Polyploidy in Animals).

(6) Molly cùng các loại cá khác trong họ bảy màu Poeciliidae như cá mún (platy, Xiphophorus sp.), bảy màu (guppy, Poecilia reticulata), endler (Poecilia wingei), cá kiếm (swordtail, Xiphophorus sp.) là nhóm cá đẻ con (livebearers).


===============================

Loài xâm lấn: cướp tinh trùng là một chiến lược thành công

Cá mập trinh vẫn chửa, các nhà khoa học sửng sốt nói

Sở hữu đội quân nhân bản

Loài tôm càng này tự nhân bản chính mình, và nó lan tràn khắp châu Âu