Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Trong một bài báo dự kiến ​​đăng trên PNAS, một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi Dustin R. Rubenstein, Giáo sư Sinh thái học, Tiến hóa và Sinh học Môi trường của Đại học Columbia, đã phát hiện ra rằng trong cùng một chi tôm biển, Synalpheus (thuộc họ tôm gõ mõ) có kích thước bộ gen và hành vi xã hội liên kết với nhau, cùng phát triển theo thời gian tạo ra sự khác biệt lớn giữa các đàn tôm.

Các nhà nghiên cứu đã tìm hiểu một số nhóm thuộc họ tôm gõ mõ này trong nhiều năm vì chúng là những loài động vật biển duy nhất được biết đến đã tiến hóa để sống trong mô hình phân hóa xã hội cao (hay còn được gọi là cộng đồng cao) tương tự như mô hình xã hội của loài kiến ​​và ong, nơi một số cá thể trong một đàn đã từ bỏ việc sinh sản của chúng để giúp nuôi dưỡng con cái của những cá thể khác. Nhưng chỉ cách đây vài năm, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra rằng những con tôm gõ mõ này có sự biến đổi lớn về kích thước bộ gen, một số loài có bộ gen rất lớn gấp 4 đến 5 lần kích thước bộ gen của con người.

Rubenstein nhận thấy rằng, “những nhóm tôm có tính xã hội cao dường như có bộ gen lớn nhất”. Điều này hoàn toàn trái ngược với những gì được tìm thấy trong một số dòng côn trùng. Phát hiện này đã khiến nhóm nghiên cứu tìm hiểu sâu hơn về bộ gen của những con tôm này, nhiều con có kích thước bằng hạt gạo, để hiểu tại sao các nhóm tôm xã hội cao có thể có bộ gen lớn như vậy.

Nhóm nghiên cứu không chỉ xác nhận các nhóm tôm xã hội cao có bộ gen lớn hơn so với các nhóm họ hàng có tập tính xã hội thấp hơn của chúng, mà họ còn phát hiện ra sự gia tăng kích thước bộ gen trong các nhóm xã hội cao là do sự tích tụ của các gen nhảy (Transposable element) đã sinh sôi theo thời gian tiến hóa. Các nhóm tôm gõ mõ xã hội thấp khác được phát hiện có bộ gen nhỏ với ít gen nhảy hơn.

Nhóm nghiên cứu cũng tìm hiểu lý do tại sao các nhóm tôm xã hội cao có nhiều gen nhảy trong bộ gen của chúng hơn các nhóm xã hội thấp. Họ phỏng đoán rằng "sự tích tụ của các gen nhảy trong tôm gõ mõ có khả năng là kết quả của sự phân công lao động sinh sản mạnh mẽ, nơi con chúa thường là cá thể sinh sản duy nhất trong một đàn". Mô hình tiến hóa xác nhận rằng các gen nhảy đã sinh sôi nảy nở trong bộ gen của các loài xã hội cao vì hình thức tổ chức xã hội độc đáo của chúng. Tuy nhiên, vì các đặc tính tự do di chuyển của các gen nhảy, chúng cũng là nguồn gây đột biến và có thể thúc đẩy sự sắp xếp lại bộ gen. Các nhà khoa học từ lâu đã nhận ra rằng các gen nhảy có thể thúc đẩy bộ gen thay đổi để thích ứng, số lượng gen nhảy vừa đủ của các loài Synalpheus tổ tiên có thể giúp thúc đẩy quá trình chuyển đổi ban đầu sang tính xã hội, tuy nhiên đây chỉ mới là giả thuyết.

Theo các tác giả, có một mối quan hệ chặt chẽ giữa việc tiến hóa bộ gen và tiến hóa xã hội trong họ tôm gõ mõ, trong đó các đặc điểm xã hội có thể ảnh hưởng đến cấu trúc bộ gen. Rubenstein nói: “Việc hiểu cách sống trong các xã hội phức tạp có thể cung cấp phản hồi về cấu ​​trúc bộ gen, đây có thể là một lĩnh vực nghiên cứu mới hấp dẫn có ý nghĩa đối với tất cả các loại động vật có tính xã hội cao, thậm chí có thể đối với con người. Sau tất cả, các gen nhảy tạo nên gần một nửa bộ gen của con người, và giống như tôm gõ mõ, chúng ta cũng sống trong các xã hội phức tạp có nhiều đặc điểm giống nhau.

Theo Solomon T. C. Chak, Stephen E. Harris, Kristin M. Hultgren, Nicholas W. Jeffery, Dustin R. Rubenstein. Eusociality in snapping shrimps is associated with larger genomes and an accumulation of transposable elements. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (24): e2025051118 DOI: 10.1073/pnas.2025051118

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210607161206.htm