Công trình nhân bản lớn nhất thế giới gây 'choáng váng' dư luận

Các nhà khoa học đã phát hiện ra sinh vật nhân bản với quy mô lớn nhất thế giới ở Úc: "Một mạng lưới cỏ biển khổng lồ bao phủ hơn 77 dặm vuông (tương đương 200 km2). Đặc biết hơn bao giờ hết, cánh đồng cỏ biển này là loài thực vật duy nhất tự nhân bản liên túc trong gần 4.500 năm".

Các nhà nghiên cứu đã tìm thấy "loài sinh vật vô tính khổng lồ" này trong khi nghiên cứu sự đa dạng di truyền của cỏ biển ở vịnh Shark, một vùng nước nông ở khu vực Tây Úc. Loài cỏ biển với tuổi đời lên tới 4 thiên niên kỷ kia không giống như các loài khác trong khu vực, những loài sinh sản hữu tính, cỏ dại dải băng Poseidon hay Posidonia Australis tự nhân bản thông qua một mạng lưới rễ phân nhánh ngầm.

Chuyên viên cấp cao Elizabeth Sinclair, nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Tây Úc chia sẻ trên Live Science: " Cánh đồng cỏ biển bất tử này xuất phát từ một nhánh duy nhất và đã phát triển mà không có chút gián đoạn nào. Nếu nó không bị xáo trộn và can thiệp, "bản sao" khổng lồ này có thể tiếp tục mở rộng vô thời hạn."

Sự nhân bản vô tính

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng nhân bản của P. australis đang mở rộng thông qua việc thực hiện một quá trình được gọi là "mở rộng thân rễ theo chiều ngang". Trong đó, một cây sẽ tạo ra một nhánh giống hệt nó về mặt di truyền thông qua một thân ngầm, hoặc thân rễ, sau đó nhánh mới sẽ tự phát triển rễ và thân của chính nó. Khi chúng ta quan sát từ mặt biển - trong trường hợp đáy biển là cát - các đám cỏ biển trông có vẻ như là các mẫu vật riêng biệt, nhưng ở mức độ di truyền thì chúng là chỉ là một loài thực vật duy nhất. Đây cũng là cách thức tạo ra Pando, một rừng cây dương (Populus tremuloides) ở Utah. Nhưng chúng thực chất chỉ là một cây khổng lồ và liên kết lại với nhau.

Mặc dù các cánh đồng cỏ P. australis không tạo thành một đồng cỏ liền mạch, nhưng chúng vẫn có thể được coi là một loài thực vật theo lời nhà nghiên cứu Sinclair. Bà cho biết thêm: "Những cây cỏ biển này có thể phân mảnh theo thời gian chúng bị tác động dẫn đến xáo trộn quá trình chúng đang thực hiện, nhưng các mảnh này vẫn giống hệt nhau về mặt di truyền". Các nhà nghiên cứu cho hay, có thể các đồng cỏ P. australis đã từng được kết nối hoàn chỉnh và bị phân mảnh do động vật biển chăn thả hoặc các đợt nắng nóng khắc nghiệt.

Dựa trên kích thước và độ tuổi của đồng cỏ P. australis, các nhà nghiên cứu dự tính rằng loài vô tính đang phát triển với tốc độ khoảng 6 đến 14 inch (tương đương 15 đến 35 cm) mỗi năm. Con số này có vẻ như nghe "không chút to tát", nhưng đối với việc nhân bản vô tính, đây là một tốc độ phát triển khá nhanh.

Về mặt lý thuyết, các bản sao có thể tiếp tục phát triển vô thời hạn, Sinclair cho hay: "Miễn là nó không bị xáo trộn và môi trường không thay đổi quá nhanh để chúng có thể thích nghi. Với môi trường gần như nguyên sơ của vịnh Shark cho đến thời điểm hiện tại, sau khi được Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hợp quốc (UNESCO) công bố chính thức vào năm 1991, có thể hiểu là P. australis đã được duy trì ở trạng thái tương đối ổn định trong suốt cuộc đời của nó".

Nhân đôi bộ gen

Các nhà nghiên cứu cho rằng một trong những yếu tố làm nên thành công 'nhân bản' của P. australis có thể là do một "siêu năng lực di truyền bất thường" giữa các loài thực vật, cho phép chúng tạo ra một bản sao bổ sung của những bộ gen, làm tăng gấp đôi số lượng ADN mà chúng có thể sử dụng để thích ứng với những thay đổi đáng kể của các điều kiện môi trường.

Hầu hết các sinh vật trên Trái đất đều là loài lưỡng bội, có nghĩa là DNA của chúng chứa một cặp nhiễm sắc thể đơn. Tuy nhiên, "hầu hết" không phải là "tất cả". Một số sinh vật, chẳng hạn như con đực của một số loài ong, có DNA bao gồm các nhiễm sắc thể đơn chưa ghép đôi và những sinh vật này được gọi là đơn bội. Một số sinh vật khác, được gọi là đa bội, có hai hoặc nhiều cặp nhiễm sắc thể.

Thực vật lưỡng bội có thể nhanh chóng phát triển thành đa bội bằng cách tăng gấp đôi số lượng nhiễm sắc thể mà chúng có - một quá trình được gọi là nhân đôi toàn bộ bộ gen, hoặc đa bội. Các nhà nghiên cứu cho rằng đây là điều đã xảy ra với P. australis.

Có hai cách để cây lưỡng bội trở thành cây đa bội. Nó có thể xảy ra khi hai loài riêng biệt nhưng có quan hệ họ hàng gần kết hợp. Thay vì kết hợp DNA của cha mẹ như một phép lai tiêu chuẩn, con cái đa bội sẽ nhận được một bản sao hoàn hảo của bộ DNA từ cha mẹ. Đây được gọi là thể dị bội. Các thể đa bội cũng có thể xuất hiện khi hai cá thể từ các quần thể riêng biệt của cùng một loài sinh sản và lứa con cái trong trường hợp này nhận được cả hai bộ DNA hoàn chỉnh. Đây được gọi là thể tự bội. Trong cả hai trường hợp, quá trình này hoàn toàn ngẫu nhiên và con cái trở thành một loài hoàn toàn mới vì nó không có khả năng sinh sản với các cá thể khác từ loài bố mẹ.

Trong trường hợp của P. australis, các nhà nghiên cứu xác định rằng cỏ biển tự nhân bản có khả năng xuất hiện thông qua thể tự đa bội từ tổ tiên lưỡng bội, và phần lớn được cho là đã tuyệt chủng.

Bà Sinclair cho biết, thực vật đa bội đôi khi được coi là "ngõ cụt của quá trình tiến hóa" vì có rất nhiều loài vô sinh, nghĩa là chúng không thể sinh sản hữu tính. Điều này hạn chế khả năng đột biến của thực vật, vốn là một phần quan trọng của thuyết tiến hóa. Tuy nhiên, việc trở thành thể đa bội có thể là cơ hội cuối cùng cho các loài thực vật đang đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng do những thay đổi ngày càng khắc nghiệt của môi trường. Bà Sinclair nói thêm: "Việc kết hợp hai bộ gen khác nhau về cơ bản đã làm tăng gấp đôi sự đa dạng di truyền của thực vật, có khả năng tăng khả năng chịu đựng nhiều điều kiện môi trường hơn".

Khoảng 8.500 năm trước, Vịnh Shark thực sự nằm trên mực nước biển và là một phần của lục địa Australia. Nhưng do tác động của biến đổi khí hậu mà mực nước biển dâng cao, sự kết thúc của Kỷ băng hà cuối cùng kết thúc vào khoảng 12.000 năm trước, đã nhấn chìm toàn bộ diện tích này của lục địa. Môi trường sống dưới biển cũng vì vậy mà xuất hiện thêm nhiều loại thực vật mới, và cỏ biển là một trong số đó.

Tuy nhiên, Vịnh Shark là một môi trường rất không ổn định vào thời điểm đó vì vùng nước nông của nó. Ngày nay, độ sâu trung bình của Vịnh Shark là khoảng 30 feet (tương đương 9 mét) trên toàn bộ khu vực 8.880 dặm vuông (tương đương 23.000 km vuông), nhưng nó thậm chí còn nông hơn vào khoảng 4.500 năm trước khi P. australis xuất hiện. Các đại dương nông dễ bị tổn thương hơn bởi sự thay đổi nhiệt độ và có độ mặn 'khắc nghiệt' hơn vì có ít nước hơn để phân phối và luân chuyển nhiệt cũng như khoáng chất. Hệ sinh thái của chúng cũng dễ bị xáo trộn và thiệt hại do các cơn bão nhiệt đới hơn là ở dưới môi trường biển sâu.

Các nhà nghiên cứu gợi ý rằng nếu P. australis có thể trở thành thể đa bội trước một số loại biến động môi trường trong thời kỳ hỗn loạn này, thì P. australis có lợi thế hơn so với các loài tiền thân lưỡng bội của nó, vốn không thể tồn tại nếu có bất kỳ thay đổi nào xảy ra.

Vịnh Shark tiếp tục trải qua những điều kiện khắc nghiệt ngày nay ở một mức độ nào đó. Nhiệt độ hàng năm có thể dao động từ 63 đến 86 độ F (tương đương 17 và 30 độ C), và nước ở đây rất mặn. Độ nông của vịnh cũng đồng nghĩa với việc nó phải đối mặt với những rủi ro từ các đợt nắng nóng ngày càng mạnh do biến đổi khí hậu gây ra và có khả năng bị ảnh hưởng bởi các cơn lốc xoáy. Tuy nhiên, môi trường đã ổn định hơn so với khi P. australis mới xuất hiện.

P. australis có khả năng tiếp tục phát triển mạnh ở khu vực này trong nhiều thiên niên kỷ nhờ khả năng chống chịu với những thay đổi của môi trường. Bà Sinclair cho biết, các loài cỏ biển địa phương khác tiếp tục sinh sản hữu tính, tốn kém năng lượng và cần nhiều không gian để cây mới phát triển, sức chống chọi của chúng cũng phần nhiều là kém hơn. Bà nói thêm, không cần thiết phải cạnh tranh về không gian hoặc chuyển hướng năng lượng sang sinh sản, P. australis đã có thể tự do nhân bản với tốc độ ổn định và thống trị hệ sinh thái địa phương.