Nghiên cứu mới ngạc nhiên: Chúng ta giống những loài cá nguyên thủy

Theo cách hiểu thông thường, một số loài cá nhất định đã tiến hóa và di chuyển lên trên mặt đất cách đây khoảng 370 triệu năm như những động vật nguyên thủy giống thằn lằn được gọi là động vật bốn chân (Tetrapoda). Theo cách hiểu này, tổ tiên loài cá của chúng ta di chuyển từ môi trường nước sang môi trường đất bằng cách chuyển các vây thành các chi, hô hấp trong môi trường nước chuyển thành hô hấp trên cạn.

Tuy nhiên, các chi và phổi không phải là những đổi mới xuất hiện gần đây, tổ tiên loài cá sống 50 triệu năm trước sự xuất hiện của cá bốn chân lần đầu tiên mang mã di truyền sự tiến hóa của các chi và hô hấp bằng không khí lên trên mặt đất mà trước đây tổ tiên loài cá chưa từng có. Những mã di truyền này vẫn còn tồn tại ở người và một số nhóm cá nguyên thủy đến tận ngày nay.

Cá vây xanh ở Viện bảo tàng lịch sử tự nhiên của Đại học Oxford

Điều này đã được chứng minh bằng nghiên cứu bộ gen gần đây do Đại học Copenhagen và các đối tác của họ thực hiện. Nghiên cứu mới báo cáo rằng sự tiến hóa của các mã di truyền tổ tiên này có thể đã góp phần vào quá trình chuyển đổi từ nước sang đất liền của động vật có xương sống, làm thay đổi quan điểm truyền thống về trình tự và dòng thời gian của bước nhảy tiến hóa lớn này.

"Quá trình chuyển đổi từ đại dương sang đất liền là một cột mốc quan trọng trong lịch sử tiến hóa của chúng ta. Chìa khóa để hiểu được quá trình chuyển đổi này đã xảy ra như thế nào là tiết lộ thời điểm và cách thức tiến hóa của phổi và các chi. Chúng tôi đã có thể chứng minh rằng cơ sở di truyền nằm trong các chức năng đã xảy ra sớm hơn nhiều trước khi những con vật đầu tiên lên bờ ", giáo sư kiêm tác giả chính Guojie Zhang, từ Trung tâm Đa dạng Sinh học Villum, thuộc Khoa Sinh học của Đại học Copenhagen, tuyên bố.

Một nhóm các loài cá sống cổ đại có thể nắm giữ chìa khóa để giải thích làm thế nào loài cá bốn chân có thể phát triển các chi và thở bằng không khí. Nhóm cá bao gồm cá nhiều vây sống trong các môi trường nước ngọt nông ở Châu Phi. Những loài cá này khác với hầu hết các loài cá có xương khác ở chỗ mang những đặc điểm mà tổ tiên loài cá ban đầu của chúng ta có thể có hơn 420 triệu năm trước. Và những đặc điểm tương tự cũng có ở con người chẳng hạn. Thông qua giải trình tự bộ gen, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng các gen cần thiết cho sự phát triển của phổi và các chi đã xuất hiện ở những loài nguyên thủy này.

Mốc thời gian tiến hóa của động vật có xương sống. Ảnh: Dr Goujie Zhang

Khớp hoạt dịch của chúng ta phát triển từ tổ tiên cá

Sử dụng các vây ngực có chức năng vận động giống như các chi, bọ ba lá có thể di chuyển trên cạn theo cách tương tự như động vật bốn chân. Trong một số năm, các nhà nghiên cứu đã tin rằng vây ngực ở dạng lưỡng thể tượng trưng cho vây mà tổ tiên loài cá ban đầu của chúng ta có.

Việc lập bản đồ bộ gen mới cho thấy khớp nối metapterygium (có thể gọi là xương quay ở vây ngực) ở cá nhiều vây tương đồng với khớp hoạt dịch ở người - khớp nối xương cánh tay trên và cẳng tay. Chuỗi DNA kiểm soát sự hình thành các khớp hoạt dịch của chúng ta đã tồn tại ở tổ tiên chung của cá xương và vẫn có ở những loài cá nguyên thủy này và ở động vật có xương sống trên cạn. Tại một thời điểm nào đó, trình tự DNA này và khớp hoạt dịch đã bị mất ở tất cả các loài cá xương thông thường - những loài được gọi là phân thứ lớp (Teleostei) cá xương thật.

Guojie Zhang cho biết: “Mã di truyền này và khớp cho phép xương của chúng ta di chuyển tự do, điều này giải thích tại sao cá nhiều vây có thể di chuyển trên cạn”.

Đầu tiên là hô hấp bằng phổi, sau đó bằng bóng hơi

Hơn nữa, cá bống bớp và một số loài cá nguyên thủy khác có một cặp phổi về mặt giải phẫu học giống như chúng ta. Nghiên cứu mới cho thấy phổi ở cả cá sấu cũng hoạt động theo cách tương tự và biểu hiện cùng bộ gen như phổi người.

Đồng thời, nghiên cứu chứng minh rằng mô phổi và bàng quang của hầu hết các loài cá còn tồn tại rất giống nhau về biểu hiện gen, xác nhận chúng là các cơ quan tương đồng như học thuyết Darwin dự đoán. Nhưng trong khi học thuyết Darwin gợi ý rằng những chiếc bong bóng khi bơi chuyển đổi thành phổi, thì nghiên cứu cho thấy nhiều khả năng những chiếc bóng hơi khi bơi tiến hóa từ phổi. Nghiên cứu cho thấy tổ tiên cá xương đầu tiên của chúng ta có phổi chức năng nguyên thủy. Thông qua quá trình tiến hóa, một nhánh của cá đã bảo tồn các chức năng của phổi để thích nghi hơn với việc thở bằng không khí và cuối cùng dẫn đến sự tiến hóa của động vật bốn chân. Các nhánh cá khác đã sửa đổi cấu trúc phổi và tiến hóa với việc bơi bằng bong bóng, dẫn đầu sự phát triển của loài cá xương thật (Teleostei). Những chiếc bong bóng cho phép những loài cá này duy trì sức nổi và cảm nhận áp lực, do đó sống sót tốt hơn dưới nước.

"Nghiên cứu cho chúng ta biết các cơ quan trong cơ thể con người đến từ đâu và chức năng của chúng được giải mã như thế nào trong bộ gen. Vì vậy, một số chức năng liên quan đến phổi và các chi không phát triển vào thời điểm quá trình chuyển đổi giữa nước với đất liền, nhưng được mã hóa bởi một số cơ chế điều hòa của gen cổ xưa đã có rất lâu trong tổ tiên loài cá trước đây. Điều thú vị là những mã di truyền này vẫn tồn tại trong những loài cá “ Hóa thạch” này, giúp chúng ta có cơ hội truy tìm lại gốc rễ của những gen này, "Guojie Zhang kết luận.

University of Copenhagen