Một nghiên cứu trên tạp chí PLOS ONE chỉ ra rằng hiện tượng phát quang sinh học (Bioluminescence) – quá trình sản xuất ánh sáng từ một sinh vật sống – phổ biến ở các loài cá biển hơn là chúng ta vẫn nghĩ.

Hầu hết mọi người đều biết rằng đom đóm tự phát sáng, nhưng hiện tượng này còn được tìm thấy trên khắp các đại dương, bao gồm cả ở trên cá. Thật vậy, các nhà khoa học tại đại học bang St. Cloud (Mỹ) đã dựa trên các kết quả phân tích di truyền và suy luận rằng chức năng phát quang sinh học đã xuất hiện độc lập ít nhất 27 lần trong quá trình tiến hóa của 14 nhánh phân loại (clade) chính – của lớp cá vây tia (Actinopterygii).

Cá rồng đen Idiacanthus atlanticus với râu có chức năng phát sáng.

CREDIT: MATTHEW DAVIS

Phát quang sinh học xảy ra trong cơ thể sinh vật thông qua phản ứng oxy hóa hợp chất luciferin do enzym luciferase xúc tác và ATP cung cấp năng lượng. Trong số các loài cá, phát quang sinh học có thể do cơ thể tự tạo ra (phát quang sinh học nội tại) hoặc do các vi khuẩn sống cộng sinh ở thực quản, cột sống, hay cơ quan dưới mắt tạo ra. Các chức năng của phát quang sinh học rất đa dạng và hấp dẫn, bao gồm ngụy trang, tự vệ, kiếm mồi và liên lạc giữa các cá thể với nhau.

Trong số các loài động vật có xương sống dưới đáy biển, phát quang sinh học đã được tiến hóa cả trong lớp cá sụn (Chondrichthyes) và lớp cá vây tia (Actinopterygii). Các nghiên cứu khảo sát trước đây đã xác định được hiện tượng phát quang sinh học xuất hiện ở 11 loài cá biển; tuy nhiên cây phát sinh loài và phân loại chúng đã thay đổi đáng kể trong các nghiên cứu gần đây.

Dựa trên kết quả phân tích 10 gen trong nhân và 1 gen ngoài nhân từ 301 bộ thuộc lớp cá tia vây, trong đó phần lớn sử dụng gen trong cơ sở dữ liệu hệ gene, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng chức năng phát quang sinh học đã tiến hóa độc lập tới 27 lần, phân bố trên 14 nhánh chính của lớp cá vây tia sống ở khu biển sâu, gần bờ và ở rặng san hô.

Khả năng phát sáng giúp cho các loài cá sinh sôi nảy nở mạnh mẽ, tạo ra nhiều nhánh phân loại mới kể từ thời điểm tổ tiên bắt đầu phát quang. “Trong đại dương, không có rào cản vật lý để chia tách các nhóm cá dưới đáy sâu, vậy tạo sao lại có rất nhiều loài cá quỷ (anglerfishes)? Vì khi chúng bắt đầu sử dụng phát quang sinh học để phân biệt loài, chúng lại sinh sôi thành nhiều loài hơn nữa.” W. Leo Smith, trợ lý phụ trách về đại học của Viện nghiên cứu Đa dạng sinh học Kansas, đồng tác giả bài báo, cho biết.

Sự tiến hóa phát quang sinh học ở cá vây tia diễn ra vào những điểm khác nhau trong lịch sử Trái đất, từ kỷ Phấn trắng (Mesozoic – khoảng 150 – 65 triệu năm trước đây) đến kỷ Đại tân sinh (Cenozoic – cách đây 65 triệu năm). Điều này cho thấy, phát quang sinh học đã có mặt trong vùng biển ở kỷ Phấn trắng và có thể đã đóng một vai trò quan trọng trong việc đa dạng hóa số loài cá sống dưới đáy biển sâu.

“Vì cần mẫu mới cho phương pháp tiếp cận di truyền hiện đại nên chúng tôi sẽ tiến hành bắt những con cá và phân tích mRNA để xem gen của chúng biểu hiện những gì. Trong nhóm các loài có khả năng tự phát sáng, chúng tôi mong muốn thu được mRNA từ các cơ quan phát sáng của chúng. Với những thông tin đó, chúng ta có thể lần theo dấu vết những biến đổi bên trong hệ thống, thậm chí xây dựng lại quá trình tiến hóa của hệ thống này”, ông nói thêm.

Bài báo tham khảo:

1. Tanya Lewis, "Evolution of Fish Bioluminescence", The Scientist, June 9, 2016.

2. University of kansas, "New research shines light on surprising numbers and evolutionary variety of bioluminescent ocean fish", eurekalert, June 8, 2016.

Lược dịch và tổng hợp Nguyễn Thị Hoài

Biên tập Biomedia Việt Nam