Chỉ thay đổi một gen nhỏ, chuột bắt đầu "nói chuyện" khác thường và hé lộ bí mật tiến hóa của loài người

Khả năng ngôn ngữ từ lâu được xem là một trong những đặc điểm nổi bật nhất giúp con người tách biệt khỏi phần còn lại của thế giới động vật. Dù nhiều loài có thể giao tiếp bằng âm thanh, cử chỉ hoặc tín hiệu hóa học, chỉ con người mới phát triển được hệ thống ngôn ngữ phức tạp đủ để truyền tải tư duy trừu tượng, kiến thức và văn hóa qua nhiều thế hệ.

Trong nỗ lực tìm hiểu nguồn gốc của khả năng đặc biệt này, các nhà khoa học đã thực hiện một thí nghiệm gây chú ý khi đưa vào chuột một biến thể gen được cho là có liên quan đến quá trình hình thành ngôn ngữ ở người. Kết quả thu được đã vượt xa những gì nhóm nghiên cứu dự đoán ban đầu.

Trọng tâm của nghiên cứu là gen Nova1, một gen tồn tại ở nhiều loài động vật khác nhau, từ chim đến động vật có vú. Gen này chịu trách nhiệm tạo ra protein NOVA1, đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa hoạt động của RNA trong tế bào thần kinh.

Điều đáng chú ý là ở con người hiện đại, NOVA1 mang một biến thể đặc biệt. Chỉ một thay đổi rất nhỏ xảy ra trong chuỗi protein, khi axit amin isoleucine được thay thế bằng valine tại vị trí số 197. Biến thể này được gọi là I197V.

Thoạt nhìn, thay đổi này dường như quá nhỏ để tạo ra khác biệt lớn. Tuy nhiên, khi các nhà khoa học đưa biến thể I197V vào chuột thí nghiệm, những hiệu ứng bất ngờ bắt đầu xuất hiện.

Ngay từ khi còn non, những con chuột mang biến thể NOVA1 của con người đã phát ra các tiếng kêu khác biệt so với chuột bình thường. Khi gọi mẹ, chúng sử dụng các mẫu âm thanh có tần số cao hơn và thay đổi trong cấu trúc phát âm.

Các nhà nghiên cứu ngôn ngữ động vật từ lâu đã phân loại tiếng kêu của chuột con thành bốn dạng cơ bản được ký hiệu là S, D, U và M. Khi phân tích các tín hiệu âm thanh do chuột biến đổi gen phát ra, nhóm nghiên cứu phát hiện một số dạng âm thanh đã thay đổi đáng kể.

Theo ông Robert B. Darnell, người đứng đầu nghiên cứu, đây là dấu hiệu cho thấy chỉ một thay đổi di truyền rất nhỏ cũng có thể tác động trực tiếp đến cách động vật giao tiếp bằng âm thanh.

Những bất ngờ chưa dừng lại ở đó.

Khi trưởng thành, các con chuột đực mang biến thể NOVA1 của con người tiếp tục thể hiện hành vi giao tiếp khác biệt. Trong quá trình thu hút bạn tình, chúng tạo ra những chuỗi âm thanh siêu âm phức tạp hơn so với nhóm chuột đối chứng.

Đối với loài chuột, các tín hiệu âm thanh đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc giao tiếp xã hội và sinh sản. Việc xuất hiện những thay đổi trong kiểu phát âm cho thấy biến thể gen của con người có thể đang ảnh hưởng đến các mạng lưới thần kinh liên quan đến việc tạo và xử lý âm thanh.

Điều khiến các nhà khoa học kinh ngạc là ban đầu họ không hề kỳ vọng sẽ quan sát thấy kết quả như vậy.

Các thử nghiệm trước đó cho thấy biến thể NOVA1 của con người không làm thay đổi cách protein liên kết với RNA trong các quá trình liên quan đến phát triển não bộ hay kiểm soát vận động. Nói cách khác, về nhiều mặt, protein này vẫn hoạt động gần như tương tự phiên bản ở các loài động vật khác.

Tuy nhiên, quá trình phân tích sâu hơn lại phát hiện NOVA1 có ảnh hưởng đáng kể đến nhóm gen liên quan đến khả năng phát âm và tạo âm thanh. Nhiều gen nằm trong mạng lưới điều khiển hoạt động giao tiếp bằng giọng nói cũng được xác định là mục tiêu liên kết trực tiếp của protein NOVA1.

Phát hiện này mở ra một hướng nghiên cứu hoàn toàn mới về nguồn gốc sinh học của ngôn ngữ.

Không giống nhiều đặc điểm tiến hóa khác được hình thành từ hàng loạt thay đổi di truyền phức tạp, nghiên cứu cho thấy đôi khi chỉ một biến đổi rất nhỏ trong bộ gen cũng có thể tạo ra hiệu ứng sâu rộng đối với hành vi và khả năng giao tiếp.

Có lẽ phần hấp dẫn nhất của nghiên cứu nằm ở khía cạnh tiến hóa của loài người.

Khi so sánh bộ gen của người hiện đại với các họ hàng đã tuyệt chủng như Neanderthal và Denisovan, các nhà khoa học nhận thấy cả hai nhóm này đều không sở hữu biến thể NOVA1 đặc trưng của Homo sapiens. Thay vào đó, họ mang phiên bản protein tương tự như phần lớn các loài động vật khác.

Điều này đặt ra một giả thuyết đầy thú vị. Nếu biến thể I197V thực sự góp phần nâng cao khả năng giao tiếp bằng giọng nói, nó có thể đã mang lại lợi thế tiến hóa quan trọng cho tổ tiên của người hiện đại.

Theo nhóm nghiên cứu, biến thể này nhiều khả năng xuất hiện ở một quần thể người cổ tại châu Phi trước khi lan rộng và trở thành dạng chiếm ưu thế trong bộ gen của Homo sapiens. Sau đó, những nhóm người mang đặc điểm này đã di cư ra khỏi châu Phi và dần phân bố trên khắp thế giới.

Dù còn quá sớm để khẳng định rằng NOVA1 chính là chìa khóa tạo nên ngôn ngữ của con người, kết quả nghiên cứu cho thấy gen này có thể là một mảnh ghép quan trọng trong bức tranh tiến hóa phức tạp dẫn đến sự xuất hiện của khả năng nói.

Nói cách khác, bí mật giúp con người trở thành loài duy nhất có thể kể chuyện, sáng tác thơ ca, xây dựng nền văn minh và truyền đạt tri thức qua hàng nghìn năm lịch sử có thể bắt nguồn từ những thay đổi di truyền nhỏ bé hơn nhiều so với những gì chúng ta từng tưởng tượng.

Và đôi khi, để hiểu được cách con người học nói, các nhà khoa học lại phải lắng nghe tiếng kêu của những chú chuột trong phòng thí nghiệm.