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

Loài xâm lấn: cướp tinh trùng là một chiến lược thành công
https://www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220719091147.htm

Cá diếc Phổ (Prussian carp) được xem là một trong những loài xâm lấn (invasive) thành công nhất ở châu Âu. Khả năng sinh sản vô tính (asexually) mang lại cho nó lợi thế cạnh tranh chủ yếu trước các loài cá khác. Một đội nghiên cứu quốc tế hiện đang lần đầu mô tả hệ gien hoàn chỉnh của cá diếc Phổ. Việc này cũng cung cấp hiểu biết sâu hơn về phương pháp sinh sản lạ thường của nó. Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Dunja Lamatsch thuộc Khoa Nghiên cứu Nội thủy (Limnology) Đại học Innsbruck, Áo, được xuất bản trên tạp chí Nature Communications.

Cá diếc Phổ (Carassius gibelio), bản địa châu Á, là loài [ngoại lai] xâm lấn ở châu Âu. Nó là họ hàng gần của cá diếc Á (goldfish), và cạnh tranh với cá diếc Âu (crucian carp) bản địa nguy cấp trên cùng địa bàn (1). Tuy nhiên, trong khi cá diếc Á và cá diếc Âu thường sinh sản hữu tính, cá diếc Phổ có một lợi thế tiến hóa chủ chốt: cá cái có thể tiết kiệm thời gian tìm bạn tình.


Cá diếc Phổ (Prussian carp - Carassius gibelio) (Ảnh Wikipedia).

Trinh sản dưới nước
Thay vào đó, cá diếc Phổ cái sử dụng tinh trùng của cá diếc Âu đực, hay loài [cùng họ] cá chép (2) khác. Để làm việc này, chúng trà trộn vào bầy cá diếc Âu, nơi trứng của đám này được con đực thụ tinh.

Tinh trùng cướp được kích thích tế bào trứng của cá diếc Phổ phân chia. Chất liệu di truyền của cá đực sau đó bị phá hủy trong tế bào trứng mà không được sử dụng. Điều này được gọi là trinh sản dựa tinh trùng (sperm-dependent parthenogenesis/virgin production). Tất cả cá con ra đời theo cách này đều là bản sao (clones) của cá diếc Phổ cái. Do đó, hầu hết quần thể cá diếc Phổ toàn cá cái, hiếm lắm mới té ra con đực.

“Sinh sản đơn tính (unisexual) hay thuần mái cho phép xâm chiếm địa bàn mới nhanh chóng và đem lại cho loài xâm lấn một lợi thế chủ chốt trước các loài cạnh tranh gốc của chúng,” theo Dunja Lamatsch thuộc Khoa Nghiên cứu Nội thủy (Limnology) Đại học Innsbruck, ở Mondsee, Áo. Nghiên cứu của cô tập trung vào việc tìm hiểu cơ chế sinh sản đơn tính ở các loài thủy sinh.

Trong một nghiên cứu do Lamatsch khởi xướng, cô và một đội nghiên cứu quốc tế có khả năng giải mã toàn bộ hệ gien của cá diếc Phổ. Kết quả, cơ chế đàng sau sinh sản đơn tính của nó hiện có thể được hiểu rõ hơn.

Lai tạp dẫn đến loài mới
Toàn bộ thông tin di truyền của một sinh vật, tức hệ gien (genome), được chia thành những bộ nhiễm sắc thể (chromosomes) khác nhau. Động vật, vốn sinh sản hữu tính, thường có bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội (diploid). Trong sinh sản, nhiễm sắc thể của đực và cái được chia thành những tế bào mầm (germ cells) và chỉ một tập hợp nhiễm sắc thể đơn bội (haploid) được chuyển giao mỗi lần. Sự kết hợp giữa một trứng đơn bội với một tinh trùng đơn bội sau cùng tái tạo một sinh vật lưỡng bội.

Tuy nhiên, sự cố trong khi phân bào (meiosis) hay sự lai tạp giữa các loài họ hàng dẫn đến một sinh vật có nhiều hơn hai nhiễm sắc thể [mỗi bộ] (đa bội - polyploid). Động vật bậc cao đa bội không tồn tại, nhưng cá, lưỡng cư và bò sát thì có. Thậm chí những loài mới có thể tiến hóa theo cách này – như là cá diếc Phổ.

Nguồn gốc của đơn tính
Cá diếc Phổ là lục bội (hexaploid) – nghĩa là nó có sáu nhiễm sắc thể [mỗi bộ]. Bốn trong số chúng đến từ việc lai tạp với các loài không họ hàng (3) – hai cái còn lại được bổ sung qua việc lai tạp với các loài họ hàng gần (4).

“Giả sử, vào thời điểm nào đó trong quá trình lai tạp, sự cố xảy ra khi hình thành giao tử (gametes). Đó có thể là một trong những yếu tố kích thích sinh sản đơn tính,” Lamatsch giải thích. “Ở các loài sinh sản vô tính, sự phân bào thất bại, và sự kết hợp giao tử là không cần thiết nữa”.

Hợp tác với nhóm nghiên cứu thuộc Viện Sinh thái Nước ngọt và Ngư nghiệp Trong bờ Leibniz ở Berlin (IGB) và Đại học Würzburg, hệ gien cá diếc Phổ được phân tách thành những nhiễm sắc thể riêng rẽ. Đây là lần đầu tiên mà toàn bộ thông tin di truyền của một động vật lục bội được mô tả, và cả sáu nhiễm sắc thể [ở mỗi bộ] được phân tích. Hệ gien của cá diếc Phổ bao gồm cả thảy 150 nhiễm sắc thể, nhiều hơn ba lần so với hệ gien người (5).

Các phân tích soi rọi ánh sáng vào việc làm thế nào mà cả sáu nhiễm sắc thể này có thể đồng tồn tại và kết hợp với nhau. Việc xác định toàn bộ 150 nhiễm sắc thể, lần đầu tiên, mang lại hiểu biết về toàn bộ cấu trúc gien của cá diếc Phổ cũng như lịch sử tiến hóa phức tạp của nó (6). Điều mở ra nhiều câu hỏi thú vị xung quanh loài cá [ngoại lai] xâm lấn này.

Ghi chú
(1) Loài cá diếc bản địa mà chúng ta vẫn biết là cá diếc Á (goldfish - Carassius auratus). Nó được tái xác định là tổ tiên của cá vàng thuần dưỡng, nên người ta gọi là “goldfish” (lẽ ra nên đặt là “wild goldfish” để tránh nhầm lẫn). Ngoài cá diếc Á, còn hai loài cá diếc phổ biến nữa là cá diếc Âu (crucian carp – Carassius carassius) mà vùng phân bố được giới hạn ở châu Âu, từ Anh đến Nga; và cá diếc Phổ (Prussian carp - Carassius gibelio) phân bố ở Siberia, sau xâm lấn khắp nơi ở châu Âu, châu Á và cả Bắc Mỹ. Tên gọi loài sau cũng đáng chú ý, có lẽ trước đây người ta cho nó là loài bản địa thuộc đế quốc Phổ! Trong quá khứ, có sự nhầm lẫn về nguồn gốc và tên khoa học của cá vàng, khi chúng được gán cho loài cá diếc Phổ, dường như vì cá diếc Phổ thường té ra biến thể vàng và chúng cũng xuất hiện ở Trung Quốc nữa. Việc sắp xếp trình tự gien hiện đại cho thấy nguồn gốc của cá vàng là cá diếc Á (Carassius auratus) ở miền nam Trung Hoa. Nghiên cứu cũng chỉ ra khác biệt hình thái giữa các loài: diếc Á mõm nhọn trong khi diếc Âu mõm tù; diếc Phổ màu xám lục trong khi diếc Âu luôn màu vàng đồng; diếc Âu non có chấm đen ở gốc đuôi, dần biến mất theo thời gian trong khi diếc Á không bao giờ có; diếc Á có ít hơn 31 vảy dọc theo đường bên (lateral line) trong khi diếc Âu luôn có hơn 33 vảy (Goldfish). Nghiên cứu gần đây (2020) chứng tỏ một tỷ lệ nhỏ trứng cá diếc Phổ đã thụ tinh vẫn sống sót và nở thành cá con khi đi qua đường tiêu hóa của thủy cầm (waterfowl). Điều làm dấy lên mối quan tâm về sự phân tán qua đường tiêu hóa (endozoochorous dispersal) của các loài xâm lấn trong bảo tồn đa dạng cá nước ngọt (Prussian carp).

(2) Nguyên văn “other carp species”, nghĩa là các loài thuộc họ cá chép. Cá diếc có thể lai tạp không chỉ với các loài cùng chi Carassius, mà còn với các loài trong họ cá chép Cyprinidae. Trên thực tế, người ta đã lai tạp thành công giữa cá Koi (tức cá chép) với cá chép vàng (mà thực ra là cá diếc Á thuần dưỡng). Việc này dường như xảy ra vào thời kỳ cá Koi giống còn khan hiếm. Theo chúng tôi, các nhà lai tạo nên cản cá Koi với cá chép hoang bản địa để duy trì kiểu hình cá chép (miệng râu, kích thước lớn), sau đó lai dòng về Koi để tái tạo màu sắc gốc.

(3) Nguyên văn “unrelated fish species”, nghĩa là các loài không họ hàng, dường như các nhà khoa học vẫn chưa xác định được chúng bắt nguồn từ đâu.

(4) Nguyên văn “closely related fish”, nghĩa là họ hàng gần, mà theo chúng tôi là các loài cùng chi cá diếc (Carassius), phân họ cá chép (Cyprininae) hay họ cá chép (Cyprinidae).

(5) Người có 23 bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội, với tổng cộng 46 nhiễm sắc thể (2n=46). Nhân tiện, có một bộ phim Hollywood lấy nhiễm sắc thể người làm cảm hứng: bộ nhiễm sắc thể thứ 24 là một đột biến từ người Hỏa tinh, biến chúng ta trở thành siêu nhân, nhưng hầu hết đều mất nhân hình và nhân tính! (Doom). Cá diếc Phổ có 25 bộ nhiễm sắc thể lục bội, với tổng cộng 150 nhiễm sắc thể (6n=150), hơn 3 lần so với người. Tương tự như Amazon molly (Poecilia formosa), cá diếc Phổ hình thành từ sự lai tạp giữa các loài cùng họ. Tôm càng cẩm thạch (marble crayfish, Procambarus virginalis) lại hình thành từ một đột biến tại một tế bào sinh sản của một con tôm càng lọ lem (slough crayfish, Procambarus fallax) khiến cho một trứng hay tinh trùng có 2 bản sao (thay vì 1) ở mỗi bộ nhiễm sắc thể. Cả ba loài vừa kể đều là những ví dụ phổ biến về sinh sản vô tính!

(6) Cá diếc Phổ là kết quả của một quá trình lai tạp triệt để với sự tham gia của sáu loài. Toàn bộ quá trình tiến hóa của nó (bao gồm lai tạp và sinh sản vô tính) diễn ra trên địa bàn bản địa (Siberia) vào một thời kỳ nào đó, vốn chưa được xác định. Những gì diễn ra về sau là sự xâm lấn (invasion) của nó vào những khu vực khác ở châu Âu, châu Á và Bắc Mỹ.


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

Cá diếc tự nhân bản xâm chiếm châu Âu (bản dịch trên vnexpress)

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

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