Cuối cùng chúng ta có thể biết thị lực của chúng ta phát triển như thế nào

Nghiên cứu mới cho thấy một số thành phần của thị giác động vật có xương sống có thể không được định hình dần dần vì gen của chúng được truyền lại theo dòng họ, nhưng đã bị 'đánh cắp' từ các nhánh hoàn toàn khác nhau của cuộc sống.

"Ít nhất một sự đổi mới dẫn đến cấu trúc hiện tại của mắt động vật có xương sống không xảy ra từ việc "mày mò" từng bước với các gen tồn tại ở các động vật khác, mà đến từ việc giới thiệu DNA mới từ vi khuẩn bằng cách chuyển gen ngang", nhà sinh học phân tử Matt Daugherty từ Đại học California, San Diego (UCSD) giải thích trên Twitter.

Chuyển gen ngang mô tả quá trình vật liệu di truyền di chuyển giữa các loại sinh vật khác nhau, chẳng hạn như thông qua virus hoán đổi gen hoặc vi khuẩn trộm cắp.

Một trong những đặc điểm chính giúp phân biệt đôi mắt lấy nét chính xác, giống như máy ảnh của chúng ta với mắt của động vật không xương sống là tách các mô cảm nhận ánh sáng khỏi các tế bào chịu trách nhiệm tái chế các phân tử phản ứng ánh sáng của chúng.

Điều này dựa vào các cơ chế để thực sự di chuyển các phân tử, được gọi là retinoids, giữa các tế bào khác nhau. Protein liên kết retinoid interphotoreceptor protein được bảo tồn cao (IRBP) thực hiện việc vận chuyển, và theo nghiên cứu mới này, nó phát sinh từ một gen vi khuẩn đột nhiên xuất hiện trong mắt giống động vật có xương sống hơn 500 triệu năm trước.

IRBP không chỉ vắng mặt ở động vật không xương sống, nó cũng không được tìm thấy trong bất kỳ tế bào phức tạp nào khác, từ cây đến amip đến nấm men. Hồ sơ duy nhất chúng tôi có về một chuỗi gen tương tự như trình tự mã hóa cho IRBP là từ vi khuẩn.

Phân tích hơn 900 bộ gen, nghiên cứu sinh tốt nghiệp sinh học phân tử của Viện Công nghệ Massachusetts Chinmay Kalluraya và các đồng nghiệp đã có thể xác định chính xác sự xuất hiện của gen trong các dòng dõi động vật có xương sống. Nó trùng hợp với sự xuất hiện của đôi mắt giống động vật có xương sống hơn 500 triệu năm trước.

Dường như tổ tiên của tất cả các động vật xương sống đã đánh cắp gen ban đầu từ vi khuẩn và qua nhiều thế hệ chọn lọc tự nhiên, đã sao chép mã của nó và định hình chức năng vận chuyển retinoid.

Mặc dù nó chỉ đóng một vai trò nhỏ trong tầm nhìn của động vật có xương sống, nhưng thực tế các thành phần mới có thể trượt giữa các phần hoàn toàn khác nhau của sinh quyển mang đến những khả năng mới để giải thích nhiều quá trình sinh học phức tạp. Một ví dụ khác về điều này là một protein cần thiết cho sự hình thành nhau thai ở động vật có vú được gọi là syncytin. Gen của protein này có nguồn gốc từ retrovirus.

"Không giống như sự tiến hóa của các gen hiện có, hay còn gọi là mày mò, việc thu thập vật liệu di truyền nước ngoài có khả năng chấm dứt sự tiến hóa nhân chuẩn bằng cách cung cấp tính mới chức năng ngay lập tức", nhóm nghiên cứu giải thích trong bài báo của họ.

Khi nhiều bộ gen được giải trình tự, các nhà nghiên cứu nghi ngờ chúng ta sẽ tìm thấy nhiều ví dụ hơn về chuyển gen ngang trong lịch sử tiến hóa của chúng ta.

"DNA từ vi khuẩn (bao gồm cả virus) đã định hình sự tiến hóa của động vật theo những cách kỳ lạ và đáng ngạc nhiên", Daugherty nói.

Nghiên cứu này đã được công bố trên PNAS.

NATURE

17 April 2023