Hotline 247
04 6662 6362
 
Hà Nội
0968 378 899
 
Hồ Chí Minh
01289 777 888

Tổ tiên chung của muôn loài – LUCA- Phát hiện mới về khởi nguồn của mọi sự sống trên Trái Đất

BioMedia

Các sự kiện hóa học dẫn đến nguồn gốc của sự sống trên Trái đất có khả năng biến mất mãi mãi theo thời gian. Tuy nhiên, một nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Natural Microbiology đã phát hiện ra sự sống đầu tiên là một vi khuẩn đơn bào, được gọi là LUCA (Last Universal Common Ancestor), được coi là tổ tiên chung của sự sống trên Trái đất, cách đây khoảng 3.8 tỷ năm, lúc đó Trái đất mới 560 triệu năm tuổi. Phát hiện này cho rằng LUCA bắt đầu sống trong một môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như vòi khí sâu dưới đáy biển hoặc bên sườn núi lửa, thay vì xuất hiện bên trong những vũng nước ấm như giả định trước đây.

 

LUCA “ăn” khí hydro và các chất khoáng tại lỗ thông hơi của những ngọn núi lửa dưới đáy đại dương. AF archive/Alamy Stock Photo

Ngày nay, tất cả sự sống trên Trái đất có thể phân thành ba nhóm (giới) lớn: vi khuẩn thực (Eubacteria hay Bacteria ), vi khuẩn cổ (hay còn gọi là cổ khuẩn - Archaeabacteria hay Archaea) và sinh vật nhân chuẩn (Eukaryota). Vi khuẩn cổ là những sinh vật giống vi khuẩn nhưng khác biệt về quá trình trao đổi chất. Cần cả một thời gian rất dài để hình thành nên sinh vật nhân chuẩn – sinh vật với tế bào có nhân – để cấu tạo nên tất cả các sinh vật đa bào phức tạp, bao gồm cả động vật, thực vật như ngày nay.

Tiến sĩ William Martin, nhà sinh học tiến hóa tại đại học Heinrich Heine, Đức, cùng các đồng nghiệp đã đi vào thế giới của LUCA, lần theo dấu vết của nó thông qua vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Từ lâu người ta đã tin rằng, hai nhóm này phát triển thành sinh vật nhân chuẩn.

Các nghiên cứu di truyền cho đến nay đã tiết lộ một số manh mối về LUCA. Hầu hết các bằng chứng cho thấy, LUCA cũng lưu giữ các thông tin di truyền bằng DNA giống như các tế bào hiện đại. Nó cũng xây dựng protein và sử dụng adenosine triphosphat (ATP) để vận chuyển năng lượng. Tuy nhiên, các nhà di truyền đã rất khó khăn trong việc tìm hiểu chi tiết về cuộc sống của LUCA. Một trong những khó khăn nhất xảy ra là vi khuẩn không chỉ truyền gen cho con cháu (truyền trực hệ) mà chúng còn trao đổi gen với các cá thể vi khuẩn khác bằng quá trình gọi là di truyền ngang (horizontal gene transfer). Vì vậy, rất khó để xác định xem sinh vật đơn bào thực sự được thừa hưởng chỉ một gen hay nó đã được chọn lọc thông qua quá trình tiến hóa. Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học thay vì tìm kiếm gen được chia sẻ/ di truyền bởi một loài, họ tìm các gen được chia sẻ/ di truyền từ ít nhất hai loài vi khuẩn và vi khuẩn cổ.

Các nhà nghiên cứu đã tiến hành giải mã 6 triệu gen trong hơn 286.000 cụm protein từ hàng nghìn vi khuẩn và vi khuẩn cổ được lưu trữ trong suốt 20 năm qua. Bằng cách so sánh trình tự các chữ cái mã hóa DNA, gen có thể được bố trí trong cây tiến hóa riêng. Phân tích sâu hơn cho thấy, chỉ có 355 cụm protein được phân tán rộng rãi trên tất cả các sinh vật hiện đại, do đó có thể lần ngược tới tổ tiên LUCA.

LUCA được cho là khởi nguồn của mọi sự sống trên Trái Đất (Nguồn: https://www.newscientist.com)

Martin và cộng sự đã báo cáo kết quả cho thấy, các gen này không nằm rải rác ngẫu nhiên trong các sinh vật hiện đại, mà rơi vào những nhóm riêng biệt, phản ánh khả năng trao đổi chất của LUCA. Đáng chú ý nhất, họ tiết lộ rằng, LUCA là một vi khuẩn yếm khí, đã phát triển trong môi trường không có oxy – nguyên tố cần thiết cho mọi tế bào ngày nay. Điều này sẽ trái ngược với những gì các nhà khoa học đã biết về Trái đất gần 4 tỷ năm trước – giai đoạn bị bắn phá nặng nề. Không lâu sau khi Trái đất hình thành, thiên thạch và sao chổi liên tục rơi xuống làm các vùng biển bị sôi lên, và không khí thiếu oxy. Việc quét gen LUCA cũng cho thấy rằng, LUCA gần như chắc chắn là một vi khuẩn “ưa nhiệt”, tiêu thụ hydro và sống trong điều kiện được tìm thấy trong miệng núi lửa dưới đáy biển sâu.

Gen di truyền của sinh vật phải phù hợp với môi trường của chúng. Vì vậy, tiến sĩ Martin hi vọng rằng, bằng cách xác định rõ các gen có khả năng có ở LUCA, ông sẽ phần nào hiểu hơn về nơi và cách mà LUCA sống. “Tôi đã sửng sốt khi biết kết quả, tôi không thể tin được”, ông nói.

Bức chân dung về LUCA của tiến sĩ Martin dường như đang được ngưỡng mộ rất rộng rãi. Tuy nhiên, hiện ông muốn tiến thêm một bước xa hơn nữa về điều mà đang gây ra rất nhiều tranh cãi. Ông cho rằng bản thân Luca rất gần với nguồn gốc của sự sống. Sinh vậy này thiếu nhiều gen cần thiết cho sự sống nên phải tồn tại phụ thuộc vào các thành phần hóa học từ môi trường. Do đó chỉ có thể coi nó là “nửa sinh vật", ông viết.

Tuy chưa có bằng chứng chứng minh LUCA thật sự là nguồn gốc của muôn loài, nhưng kết quả nghiên cứu đã mang lại cho chúng ta thấy mối liên kết giữa các loài, và đóng góp một phần vào lĩnh vực sinh học tiến hóa vẫn còn nhiều bí ẩn. 

Bài báo tham khảo:

Robert F. Service, "Our last common ancestor inhaled hydrogen from underwater volcanoes", sciencemag, 25 July, 2016.

Lược dịch và tổng hợp Nguyễn Thị Hoài

Biên tập Biomedia Việt Nam

 

Các bài viết cùng chủ đề

Tổ tiên chung của muôn loài – LUCA- Phát hiện mới về khởi nguồn của mọi sự sống trên Trái Đất

Các sự kiện hóa học dẫn đến nguồn gốc của sự sống trên Trái đất có khả năng biến mất mãi mãi theo thời gian....