Sự đối xứng năm trục bất thường của loài sao biển (Patiria miniata) từ lâu đã làm bối rối sự hiểu biết của chúng ta về quá trình tiến hóa của động vật.

Tìm kiếm đầu và thân

Sao biển là động vật không xương sống thuộc một nhóm động vật gọi là da gai. Nhóm này cũng bao gồm loài nhím biển - sea urchins và loài sand dollars và chúng đều có cơ thể được sắp xếp thành năm phần bằng nhau và đối xứng. Trong thời kỳ đầu tiến hóa, động vật da gai có tổ tiên được thiết kế đối xứng hai bên với hai phía có dạng đối xứng gương giống như ở con người hơn.

Jeff Thompson, đồng tác giả của nghiên cứu, nhà sinh vật học tiến hóa tại Đại học Southampton ở Vương quốc Anh nói: “Làm thế nào các bộ phận cơ thể khác nhau của loài động vật da gai có liên quan đến những bộ phận mà chúng ta nhìn thấy ở các nhóm động vật khác là một bí ẩn đối với các nhà khoa học trong suốt thời gian nghiên cứu về chúng. Ở những họ hàng động vật đối xứng hai bên của chúng, cơ thể được chia thành đầu, thân và đuôi. Nhưng chỉ nhìn vào con sao biển thì không thể hiểu được những phần này liên quan như thế nào đến cơ thể của động vật đối xứng hai bên”.

Trong nghiên cứu mới này, nhóm các nhà khoa học đã so sánh các dấu hiệu phân tử ở sao biển với một nhóm động vật lớn hơn gọi là động vật miệng thứ sinh. Nhóm này bao gồm các loài da gai như sao biển và các động vật đối xứng hai bên bao gồm cả động vật có xương sống. Tất cả các động vật miệng thứ sinh đều có chung một tổ tiên, vì vậy việc so sánh sự phát triển của chúng có thể đưa ra manh mối về cách động vật da gai tiến hóa hình dạng cơ thể năm cánh độc đáo của chúng.

Bằng cách nhuộm vật liệu di truyền bằng nhãn huỳnh quang, các nhà nghiên cứu có thể kiểm tra các gen quan trọng hoạt động như thế nào trên toàn bộ cơ thể sao biển

Các nhà khoa học đã sử dụng nhiều kỹ thuật gen và phân tử công nghệ cao để xem các gen khác nhau được biểu hiện ở đâu trong quá trình phát triển và lớn lên của sao biển. Quét micro-CT cũng cho phép nhóm nhà khoa học hiểu về hình dạng và cấu trúc của động vật một cách chi tiết hơn.

Bản đồ sao biển

Nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Stanford, Đại học California, Berkeley, Pacific BioSciences, đã sử dụng các kỹ thuật gọi là chụp cắt lớp RNA và lai tại chỗ để xây dựng bản đồ ba chiều về biểu hiện gen của sao biển nhằm tìm hiểu xem các gen cụ thể được biểu hiện ở đâu trong quá trình phát triển. Họ đã lập bản đồ cụ thể về sự biểu hiện của các gen kiểm soát sự phát triển ngoại bì của sao biển, bao gồm hệ thần kinh và da của nó.

Họ tìm thấy các dấu hiệu gen liên quan đến sự phát triển đầu ở hầu hết mọi nơi ở sao biển con. Sự biểu hiện của các gen mã hóa cho phần thân và đuôi của động vật cũng bị thiếu phần lớn.

Thompson cho biết: “Khi chúng tôi so sánh sự biểu hiện gen ở một con sao biển với các nhóm động vật khác, như động vật có xương sống, có vẻ như một phần quan trọng trong sơ đồ cơ thể đã bị thiếu. Các gen thường liên quan đến hình dáng của thân động vật không được biểu hiện ở ngoại bì. Có vẻ như toàn bộ sơ đồ cơ thể da gai gần tương đương với phần đầu ở các nhóm động vật khác.”

Các dấu hiệu phân tử thường có liên quan điển hình đến phần đầu động vật cũng được nằm ở giữa mỗi cánh của năm cánh tay của sao biển.

Đồng tác giả nghiên cứu đến từ Đại học Stanford, Laurent Forty cho biết: “Nó cứ như thể sao biển bị mất hoàn toàn phần thân và được mô tả tốt nhất chỉ giống như là một cái đầu đang bò dưới đáy biển”.

Sao biển và các loài động vật da gai khác có thể đã tiến hóa sơ đồ cấu trúc cơ thể gồm 5 phần bằng cách mất đi phần thân mà tổ tiên hai bên đối xứng của chúng từng có. Điều này sẽ cho phép chúng di chuyển xung quanh và kiếm ăn khác với những động vật có hai cánh tay đối xứng.

Thompson cho biết thêm: “Nghiên cứu cho thấy được sơ đồ cơ thể loài động vật da gai đã tiến hóa theo cách phức tạp hơn so với chúng ta nghĩ trước đây và vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu về những sinh vật hấp dẫn này. Là một người đã nghiên cứu chúng trong mười năm qua, những phát hiện này đã thay đổi hoàn toàn cách nghĩ của tôi về nhóm động vật này.”

Nguồn tin: //www.popsci.com/science/starfish-head-body/
Xử lý tin: Minh Tâm