Mắt và cánh là một trong những sản phẩm tuyệt vời nhất của tạo hóa, sau khi trải qua nhiều lần tiến hóa đáng kể ở các giống loài khác nhau. Ví dụ như tổ tiên biết bay của loài chim và tổ tiên hữu nhũ của dơi đều tiến hóa bộ cánh hoàn toàn độc lập với nhau là một minh chứng cho sự hội tụ của quá trình tiến hóa. Điều này xảy ra tương tự với mắt của người và mực. Nhưng không phải lúc nào sự tiến hóa hội tụ cũng thật sự rõ ràng.
Trong một nghiên cứu mới đăng trên Nature Scientific Reports, các nhà nghiên cứu đã khám phá ra rằng, mặc dù thuộc 2 loài hoàn toàn khác nhau, người và mực tiến hóa từ sự biến đổi của cùng một gen.
Phần thưởng là con mắt
Giống như các bộ phận khác, mắt là sản phẩm từ sự cộng tác của nhiều gen. Phần lớn những gen này cung cấp thông tin để tạo thành các bộ phận của mắt. Chẳng hạn như một gen cho biết thông tin để tạo ra chất màu nhạy sáng, gen khác thì giúp sản xuất thủy tinh thể.
Phần lớn các gen tham gia vào quá trình tạo nên mắt đều đảm nhận một bộ phận trong một danh sách các “linh kiện” cần thiết, ví dụ gen này làm bộ phận này gen kia làm bộ phận khác. Tuy nhiên một số gen lại đảm nhiệm vai trò điều khiển quy trình tạo ra mắt. Thay vì cung cấp thông tin để tạo ra “linh kiện”, những gen này cho biết vị trí và thời điểm các bộ phần nào cần phải được sản xuất và lắp đặt. Với vai trò điều phối quy trình sản xuất mắt, các gen này được gọi là “gen điều khiển chính”.
Bằng xét nghiệm ADN, người ta biết được gen điều khiển chính quan trọng nhất trong quá trình tạo ra mắt có tên là Pax6. Tổ tiên của gen Pax6 có thể đã điều khiển quá trình hình thành một con mắt rất đơn giản – đơn thuần chỉ là một tổ hợp bao gồm các tế bào nhạy sáng làm việc cùng nhau để báo cho sinh vật nguyên thủy biết khi nào nó ở ngoài sáng và trong tối, hoặc dưới bóng râm.
Ngày nay di sản gen Pax6 nguyên thủy để lại thật đáng kinh ngạc với sự đa dạng từ nhiều loài sinh vật, như từ chim và bọ đến sò và cá voi, từ mực đến bạn và tôi. Điều này có nghĩa là từ khoảng 500 triệu năm trước, trong suốt kỷ Cambri, gen Pax6 đã bắt đầu tiến hóa với sự đa dạng giống loài.
Ngày nay gen Pax6 điều khiển quá trình hình thành mắt với sự đa dạng kinh ngạc về chủng loại. Không chỉ là một con mắt đơn giản, nó phụ trách thực hiện mắt tổ hợp của côn trùng, bao gồm một nhóm gồm nhiều cảm biến ánh sáng để thể hiện một hình ảnh toàn cảnh. Nó cũng chịu trách nhiệm cho chủng loại mắt mà chúng ta chia sẻ với những người bà con xa, là các loài động vật có xương sống (vertebrate) khác, chính là loại mắt như buồng máy ảnh, một cấu trúc khép kín bao gồm con ngươi và thủy tinh thể, thủy tinh dịch, và võng mạc. Để có thể tạo ra một cấu trúc tinh vi như vậy, Pax6 đã phải điều khiển một quy trình sản xuất phức tạp hơn nhiều. Để làm được như vậy, quá trình tiến hóa đã tăng số lệnh mà một gen Pax6 có thể đưa ra.
Cắt và ghép
Giống như các gen khác, gen Pax6 là một thông tin hướng dẫn được viết bằng mã ADN. Để mã này có thể hoạt động, ADN cần phải được đọc rồi sao chép sang một dạng mã khác. Loại mã này có tên là ARN. Điều thú vị là mã ARN có thể được chỉnh sửa. Một hình thức chỉnh sửa là cắt ghép, bao gồm cắt bỏ một phần ở chính giữa đoạn mã, sau đó dán 2 phần còn lại với nhau. Điều kỳ diệu của phương pháp cắt ghép ở chỗ nó có thể được sử dụng để tạo ra 2 thông tin hướng dẫn khác nhau từ cùng một đoạn mã ARN. ARN từ Pax6 có thể được cắt ghép tương tự như vầy. Kết quả là hai loại thông tin hướng dẫn khác nhau có thể được tạo thành từ cùng một ARN Pax6.
Trong một nghiên cứu mới đây, Atsushi Ogura và cộng sự tại Viện công nghệ và kỹ thuật sinh học Nagahama đã khám phá ra rằng phương pháp cắt ghép ARN Pax6 đã được sử dụng để tạo thành loại mắt máy ảnh ở một loài động vật khiến họ sửng sốt. Nó xảy ra tại các bộ bao gồm mực ống, mực nang và bạch tuộc – thuộc lớp cephalopod. Lớp cephalopod có mắt máy ảnh, gồm các đặc điểm giống như mắt của loài có xương sống. Điều đáng chú ý là mắt máy ảnh của lớp cephalopod phát triển hoàn toàn độc lập với mắt của chúng ta. Tổ tiên chung của cephalopod và vertebrate tồn tại cách đây hơn 500 triệu năm.
Quá trình cắt ghép ARN Pax6 ở cephalopod là một minh chứng tuyệt vời cho cách thức mà quá trình tiến hóa đã rẻ ra nhiều hướng với cùng một giải pháp thực hiện. Với cùng một cấu trúc, quá trình tiến hóa có thể tạo ra nhiều sáng tạo đáng kể.
<Theo The Conversation>