Không chỉ vũ trụ mới có vật chất tối, các sinh vật cũng có "DNA tối" bên trong mình

Với sự phát triển của công nghệ sắp xếp trình tự DNA, các nhà khoa học ngày nay đã có thể trả lời nhiều bí ẩn tồn tại suốt hàng thế kỷ. Chẳng hạn như tại sao hươu cao cổ lại có cái cổ dài và tại sao mình rắn cũng vậy.

Xác lập bản đồ gen giúp các nhà khoa học so sánh sự giống và khác nhau trong DNA ở các loài, từ đó tìm ra cách chúng đã tiến hóa riêng rẽ, theo từng con đường riêng của mình. Nhưng trong khi nhiều bí ẩn đã được làm sáng tỏ, càng nhìn sâu vào bộ gen của các sinh vật thì những bí ẩn mới to lớn hơn lại xuất hiện.

Trong nhiều dự án giải mã trình tự DNA của động vật, các nhà khoa học phát hiện một số gen bị mất tích. Họ gọi đó là những "DNA tối". Tương tự như vật chất tối trong vũ trụ, công nghệ hiện tại chưa cho phép con người quan sát DNA tối.

Một bên, vật chất tối đang nắm giữ nhiều bí mật mà vũ trụ muốn che giấu. Phần còn lại, các DNA tối có thể cũng chứa đựng nhiều bí ẩn lớn của sự sống.

DNA tối trong các loài sinh vật đang nắm giữ nhiều bí ẩn của sự sống?

DNA tối là gì?

Trong quá trình sắp xếp trình tự bộ gen ở loài chuột cát (Psammomys obesus) sống trong sa mạc, các nhà khoa học Australia phát hiện một vài DNA của chúng đã biến mất một cách kỳ lạ.

Chuột cát là loài vật đặc biệt nhạy cảm với bệnh tiểu đường type 2. Căn bệnh liên quan chặt chẽ tới quá trình sản xuất và độ nhạy cảm của insulin, hooc-môn tiết ra từ tuyến tụy có tác dụng điều hòa nồng độ đường trong máu.

Thông thường ở chuột, quá trình tiết insulin được điều khiển bởi một gen gọi là Pdx1. Nhưng khi tìm kiếm gen này ở chuột cát, các nhà khoa học thấy nó đã mất tích cùng 87 gen khác xung quanh vị trí.

Rất nhiều gen biến mất, bao gồm Pdx1, được cho là giữ vai trò thiết yếu trong sự tồn tại của sinh vật. Vậy tại sao những con chuột cát có thể sống?

Hóa ra, các nhà khoa học phát hiện những sản phẩm hóa học, được hướng dẫn bởi gen mất tích, vẫn tiết ra trong mô của chuột cát. Điều này chứng tỏ rằng thứ hướng dẫn cho nó vẫn nằm trong bộ gen. Chúng không biến mất, mà chỉ bị ẩn đi hoặc là công nghệ xếp trình tự gen của chúng ra không phát hiện được.

Một điều đáng nói, các gen này đều có một điểm chung, đó là chúng chứa rất nhiều phân tử G và C, hai trong số 4 nucleotide cơ sở tạo thành DNA. Trước đây, chúng ta đã biết dạng gen này gây ra nhiều rắc rối cho công nghệ sắp xếp trình tự DNA.

Vậy thì nhiều khả năng, công nghệ hiện tại không thể phát hiện ra các gen này, chứ không phải chúng thực sự mất tích. Cũng bởi lý do này, các nhà khoa học đặt tên cho chúng là “DNA tối” tương tự như vật chất tối chiếm khoảng 25% vũ trụ nhưng con người chưa thể phát hiện được.

DNA tối trong chuột cát có thể nắm giữ nhiều bí mật của tiến hóa

Tiếp tục nhìn sâu vào bộ gen chuột cát, các nhà khoa học nhận thấy nhiều gen có số lượng đột biến đặc biệt cao, cao hơn hẳn so với các loài chuột họ hàng với nó. Lại một điểm chung cũ được chỉ ra, tất cả các gen trong vùng này đều chứa nhiều nucleotide G và C.

Chúng bị đột biến tới độ các phương pháp sắp xếp trình tự gen chuẩn suýt chút nữa không thể phát hiện ra. Thông thường, đột biến quá mức sẽ khiến gen ngừng làm việc. Nhưng ở chuột cát, bằng cách nào đó gen của chúng vẫn thực hiện được chức năng, dù trình tự cơ bản của DNA đã hoàn toàn thay đổi.

Trên thực tế, các DNA tối trước đây cũng đã từng được phát hiện ở chim. Trong khi sắp xếp trình tự DNA của chúng, các nhà khoa học phát hiện 274 gen biến mất. Trong số này bao gồm cả những gen chịu trách nhiệm sản xuất leptin, hooc-môn điều chỉnh sự cân bằng năng lượng trong cơ thể.

Các nhà khoa học đã không thể giải thích hiện tượng này trong nhiều năm. Vẫn là điểm chung đó được chỉ ra, những gen này có rất nhiều nucleotide G và C. Một thứ gì đó khiến sản phẩm hóa học mà chúng chịu trách nhiệm sản xuất vẫn được tiết ra trong các mô ở chim, trong khi chúng biến mất.

Những bí mật của sự sống

DNA tối có vai trò gì trong quá trình tiến hóa?

Bây giờ, với sự có mặt của các DNA tối, chúng ta phải nhìn lại định nghĩa của tiến hóa. Hầu hết sách giáo khoa và giáo trình sinh học hiện nay nói tiến hóa xảy ra theo 2 giai đoạn: đột biến rồi đến chọn lọc tự nhiên.

Đột biến DNA là một quá trình xảy ra ngẫu nhiên và liên tục. Chọn lọc tự nhiên sau đó sẽ quyết định xem liệu các đột biến có nên được giữ lại hay không. Nếu chúng được giữ lại, sinh vật mới sẽ phát triển. Còn nếu không, sinh vật cũ sẽ bị tuyệt chủng qua hiệu ứng thoái hóa giống.

Nói tóm lại, đột biến tạo ra sự khác biệt trong DNA. Chọn lọc tự nhiên quyết định xem sự khác biệt đó có tồn tại hay không và điều này khiến các sinh vật tiến hóa.

Thế nhưng bây giờ, các DNA tối đã tiết lộ những phần trong bộ gen có khả năng đột biến cao hơn các phần khác. Điều này có nghĩa là các điểm nhạy cảm này cũng sẽ xác định hướng tiến hóa của sinh vật. Và chọn lọc tự nhiên không phải là yếu tố duy nhất điều hướng tiến hóa.

Cho đến nay, DNA tối đã được xác định trong ít nhất hai loài động vật. Nhưng các nhà khoa học chưa rõ liệu chúng có ở các loài vật khác hay không. Chim và chuột là hai loài đặc biệt đa dạng và có khoảng cách họ hàng khá xa.

Bởi vậy, câu hỏi lúc này là liệu tất cả các bộ gen sinh vật đều chứa ADN tối? Nếu không thì điều gì đã làm chúng chỉ xuất hiện ở chuột và chim?

Mặt khác, một câu hỏi thú vị hơn đang chờ đợi được giải đáp, đó là DNA tối có vai trò gì trong quá trình tiến hóa?

Trong ví dụ của chuột cát, các vùng gen nhạy cảm chứa nhiều đột biến có thể đã giúp chúng thích ứng với cuộc sống sa mạc. Nhưng mặt khác, đột biến cũng có thể xảy ra nhanh đến nỗi chọn lọc tự nhiên không kịp khiến loài vật này tuyệt chủng.

Việc khám phá ra các DNA tối và những hiện tượng lạ lùng chắc chắn còn đặt ra nhiều câu hỏi hơn nữa về sự tiến hóa và bộ gen. Chúng ta biết rằng giải mã trình tự gen đang được thực hiện trên cả con người. Vậy liệu tất cả những trình tự gen chúng ta đã giải mã từ trước đến nay chưa hoàn toàn được giải mã?

Trong đó liệu có còn những DNA tối, và chúng có nắm giữ bí mật to lớn nào của sự sống?

Tham khảo Theconversation