Tiến hóa không phải ngẫu nhiên
Sự tiến hóa vẫn là “điều mù mờ”, bởi vì không có tác động bên ngoài nào chỉ đạo quá trình chọn lọc tự nhiên. Nhưng những thay đổi ở vật chất di truyền xảy ra ở mức độ phân tử là không hoàn toàn ngẫu nhiên, một nghiên cứu mới cho biết. Các đột biến này được hướng dẫn bởi cả đặc tính vật lý của mã di truyền và nhu cầu bảo toàn các chức năng quan trọng của protein, các nhà nghiên cứu nói.
DNA được tạo bởi trình tự các “chữ cái” (A - Adenine, T - Thymine, G - Guanine, C - Cystosine), hay các amino acid mã hóa protein, các cấu trúc thực hiện những công việc quan trong trong tế bào. Quan niệm truyền thống cho rằng tiến hóa xảy ra bởi các đột biến ngẫu nhiên để giúp một cá thể có thể sống sót và sinh sản tốt hơn, theo hướng chọn lọc tự nhiên.
Trong nghiên cứu này[1], được xuất bản cuối tháng 9 – 2014 trên tạp chí Royal Society Open Science, nhà sinh học Michael Garvin và đồng nghiệp ở Đại học Alaska Fairbanks, tìm hiểu xem các đột biến có phải là ngẫu nhiên thật hay không.
Bị kẹt ở các trình tự lặp[sửa]
Trong nghiên cứu trước, Garvin và đồng nghiệp đã phân tích DNA, từ một số loài, mã hóa một phức hợp protein có chức năng sản xuất ATP – phân tử giàu năng l ượng giúp vận hành tế bào. Những thay đổi ở vài trình tự DNA cho phép một loài thích nghi với môi trường, vì vậy chúng được cho rằng là bị tác động dưới điều kiện “chọn lọc tích cực”.
Một ngày, Garvin nhập một trình tự DNA của cá hồi vào máy tính, nhưng vẫn nhập các trình tự sai, bởi vì không có nhiều trình tự lặp có hai 2 chữ cái giống nhau ở DNA, ví dụ, “CACACACACA,” ông nói. Các chữ cái này nằm ngay bên cạnh vùng chọn lọc tích cực. Ông thắc mắc tế bào này có hay không khả năng tạo ra sai sót giống nhau trong việc sao chép trình tự lặp khi tổng hợp DNA, có thể bao gồm số lượng trình tự sai như trình tự “CA”. (Các trình tự bản thân nó không phải là lỗi, nhưng những lỗi có thể xuất hiện khi chúng được sao chép.)
“Nó giống như việc cài nút cho chiếc áo sơ-mi của bạn trong buổi sáng khi bạn mệt và bạn bỏ qua một nút,” Garvin nói. “Mọi thứ bị tắt bởi một lỗi và có một vòng (loop) ở chiếc áo của bạn và bây giờ bạn cần sửa nó. Vòng loop này đồng dạng với DNA cần được sửa chữa.
Khi tế bào là “công cụ chữa các điểm nút này”, DNA có thêm cơ hội tạo đột biến – một trạng thái được gọi là kết cặp nhầm trên sợi gián đoạn. Vì vậy các trình tự lặp này – một đặc tính của DNA – ảnh hưởng đến tỷ lệ đột biến, nhà nghiên cứu cho biết.
Nhưng thậm chí khi một vùng của DNA bị đột biến, trình tự trên mạch kia, chứa vùng lặp, không thể thay đổi quá nhiều hoặc protein không thực hiện chức năng chính xác. Trình tự này có thể đột biến một cách bình thường cho đến khi sự lặp này biến mất, ngoại trừ nhu cầu để bảo quản trình tự này vì vậy protein này vẫn sẽ làm việc để ngăn cản các trình tự lặp không bị loại bỏ. Kết quả này là một “điểm nóng đột biến” ở giữa các vùng DNA bền vững, Garvin nói.
Các áp lực không ngẫu nhiên[sửa]
Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu đã nhìn thấy tất cả các trình tự DNA chịu ảnh hưởng của sự chọn tích cực (hoặc những thứ giúp một sinh vật thích ứng với môi trường), để thấy chúng có nằm gần một trình tự lặp hay không. Họ đã phát hiện ra 97% các vùng là có xảy ra.
Để phát hiện ra có hay không các trình tự DNA khác không chịu tác động của chọn lọc tích cực cũng gây ra đột biến theo cách này, Garvin đã xác định tất cả các trình tự lặp trong DNA của các loài nghiên cứu. Ông đã phát hiện thấy 60% của tất cả các vùng đột biến đều nằm cạnh một trình tự lặp.
“Như vậy, hầu hết các đột biến là không ngẫu nhiên, ít nhất là đối với các trình tự DNA được phân tích ở nghiên cứu này,” Garvin nói. Hơn nữa, nó là một sự kết nối của hai tác động trái chiều nhau – sự bắt cặp lỗi trong quá trình tái bản DNA và nhu cầu cần bảo toàn chức năng của protein, Garvin cho biết.
Phát hiện này cũng giải thích tại sao tiến hóa diễn ra nhanh hơn nếu các đột biến là hoàn toàn ngẫu nhiên, các nhà nghiên cứu nói. Các trình tự lặp cũng có thể sẽ cần thiết đối với tiến hóa, họ cho biết. Ví dụ, sự đa dạng di truyền ở các vùng DNA này có thể giúp các loài thích nghi với sự thay đổi của nguồn thức ăn và các nguồn sống khác do sự thay đổi môi trường, Garvin nói. Vì vậy các trình tự lặp này có thể được sử dụng như một “nhà dự đoán” để một quần thể có thể ứng phó với sự thay đổi môi trường.
(Theo livescience.com)
Nguồn[sửa]
- ↑ Michael R. Garvin, Anthony J. Gharrett Evolution: are the monkeys’ typewriters rigged? Royal Society Open Science.20141:140172.DOI: 10.1098/rsos.140172.
