Chân, tay người được tiến hóa từ vây cá cổ đại

Động vật có xương sống chuyển sang sống trên mặt đất thay vì chỉ sống trong nước là một sự kiện lớn của lịch sử sự sống trên trái đất.

Phát hiện mới: Chân tay người được tiến hóa từ vây cá

Lâu nay, câu chuyện con người tiến hóa từ cá đã trở thành đề tài nóng bỏng đối với các nhà cổ sinh vật học. Tuy nhiên, tất cả mới dừng lại ở mức nghi ngờ bởi các nghiên cứu, thí nghiệm đều chưa thể chứng minh được sự tương đồng trong các cơ quan giữa người và cá.

Động vật có xương sống chuyển sang sống trên mặt đất thay vì chỉ sống trong nước là một sự kiện lớn của lịch sử sự sống trên Trái Đất. Một nghiên cứu các đây không lâu của các nhà khoa học Tây Ban Nha đã cung cấp bằng chứng rằng sự phát triển của tay và chân xảy ra thông qua sự tăng thêm các yếu tố ADN mới, các ADN này hoạt hóa các gene đặc biệt.

"Đầu tiên, và quan trọng nhất, phát hiện này giúp chúng ta hiểu được sức mạnh của sự biến đổi biểu hiện gene trên định hình cơ thể của chúng ta”, Tiến sĩ José Luis Gomez-Skarmeta thuộc đại học Pablo de Olavide-Junta de Andalucía ở Seville, Tây Ban Nha cho biết: "Nhiều bệnh di truyền có liên quan với một biến dạng của các cơ quan trong cơ thể chúng ta trong quá trình phát triển. Trong trường hợp của các gene tham gia vào việc hình thành chân tay, chức năng bất thường của chúng có liên quan với các bệnh điển hình như synpolydactyly, hội tật thừa và dính ngón, và hand-foot-genital syndrome (tạm dịch là hội chứng tay-chân-cơ quan sinh dục)".

Để hiểu cách thức mà vây có thể đã phát triển thành tay chân, các nhà nghiên cứu dẫn đầu bởi tiến sĩ Gómez-Skarmeta và đồng nghiệp của ông cùng viện nghiên cứu, tiến sĩ Fernando Casares đã đưa thêm gene Hoxd13, một gen đóng vai trò quan trọng trong phân biệt các bộ phận của cơ thể, vào đầu vây của một phôi cá ngựa vằn (zebrafish). Ông ngạc nhiên khi phát hiện điều này đã dẫn đến việc tạo ra các mô sụn mới và giảm các mô vây - những thay đổi nổi bật làm thích ứng với các vẻ bề ngoài của sự phát triển chi động vật trên đất liền.

Các nhà nghiên cứu tự hỏi liệu loại gene lạ thường Hoxd13 kiểm soát các yếu tố có thể tăng biểu hiện gene Hoxd13 trong quá khứ để gây ra các tác động tương tự trong quá trình tiến hóa các chi hay không. Họ quay sang nghiên cứu yếu tố kiểm soát ADN, yếu tố này được biết đến là yếu tố điều chỉnh kích hoạt Hoxd13 trong các chi của phôi chuột và không có mặt trong loài cá. "Chúng tôi nhận thấy trong cá ngựa vằn, yếu tố kiểm soát Hoxd13 chuột có khả năng điều khiển biểu hiện gene ở các vây sơ ngoại biên. Kết quả này chỉ ra khả năng hoạt động cơ quan phân tử của yếu tố kiểm soát này cũng đã có mặt trong tổ tiên chung cuối cùng của động vật có vây và có chân và được chứng minh bởi các dấu tích trong cá ngựa vằn", tiến sĩ Casares cho biết.

Thêm vào đó, một nghiên cứu của các nhà khoa học thuộc đại học Clemson (Nam Carolina, Hoa Kỳ) đã thực hiện công việc so sánh hoạt động của vây cá thòi lòi (Mudskipper) và hai chân trước của loài kỳ nhông hổ (Tiger salamanders), có thể được dùng để phân tích hóa thạch của tetrapod - thuật ngữ chỉ các loài vật 4 chân có xương sống - nhằm tìm hiểu sự tiến hóa từ đời sống dưới nước lên cạn.

Người đứng đầu chương trình này, tiến sỹ Sandy Kawano, cho biết sở dĩ nghiên cứu tiến hành trên cá thòi lòi và kỳ nhông hổ là do cả 2 đều có một số đặc điểm tương đồng với tổ tiên loài tetrapod. Bằng cách phân tích các cơ quan và hình thái vận động của chúng, Kawano cho là có thể giải mã phần nào cách di chuyển của tetrapod khi di cư từ dưới nước lên mặt đất. Kawano cùng cộng sự Richard Blob đã theo dõi và so sánh lực tác động ở hai vây trước của cá thòi lòi với hai chân trước và chân sau của kỳ nhông hổ khi chúng đang di chuyển.

Kết quả cho thấy vây của cá thòi lòi chịu áp lực trung gian (giữa thân mình và mặt đất) nhiều hơn các chi của kỳ nhông. Nhóm của Kawano đặt giả thuyết cho rằng bởi vì xương vây trước ngực của cá không thể chịu nổi lực tác động này nên chúng khó thích nghi với cuộc sống trên đất liền, trong khi ở kỳ nhông, trọng lượng cơ thể được phân tán ở 4 chi nên chúng có thể di chuyển trên mặt đất một cách nhẹ nhàng và dễ dàng hơn.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu thuộc đại học Y Chicago cũng đã phát hiện sự tương đồng về nguồn gốc mã gene di truyền ở vây cá với tay con người. Cụ thể, khi so sánh gene ở vây cá láng đốm Bắc Mỹ với gen cổ tay của động vật bốn chân, các nhà khoa học thấy sự tương đồng đến khó tin. Thậm chí, khi cấy bộ gen của loài cá này vào chi của chuột thí nghiệm, chúng hoạt động như thể chuột và cá là một.

Tiến sĩ Neil Shubin và giáo sư Robert R.Bensley, những người thực hiện nghiên cứu này, cho biết: “Phân tích trên cho thấy rõ ràng con người có nguồn gốc từ những sinh vật sống dưới nước”. Rất có thể, cách đây hàng trăm triệu năm, loài cá đã tiến hóa thành động vật bốn chân sau đó đứng thẳng bằng hai chân và trở thành con người như ngày nay. Họ cũng cho biết thêm, sở dĩ các nghiên cứu trước đây đều lâm vào bế tắc là bởi đối tượng nghiên cứu không chính xác. Khi ấy, các chuyên gia tiến hành thí nghiệm trên Teleost hay còn gọi là Phân thứ lớp Cá xương thật, nhóm cá bao gồm phần lớn các loại cá phổ biến hiện nay với khoảng 20.000 - 30.000 loài cá xếp trong khoảng 40 bộ.

Tuy nhiên, 300 triệu năm trước, hệ gene của nhóm cá Teleost nhân đôi trong quá trình tiến hóa. Kết quả là hình thành nên nhiều tổ hợp gene khác nhau như ngày nay. Vì vậy, khi so sánh với gene ở tay người sẽ hầu như không thể tìm được điểm tương đồng. Nếu như cổ tay người gồm một loạt các xương nhỏ khớp nối thì xương sống vây cá Teleost thẳng và có đầu tròn nhỏ ở đỉnh, gọi là radial. Trong khi đó, cá láng đốm Bắc Mỹ không trải qua quá trình nhân đôi bộ gene nên giữ được sự tương đồng gene với loài cá thủy tổ.

• Con người vẫn chưa thực sự tiến hoá tới "đỉnh"?
• Ngón chân cái quyết định quá trình tiến hóa người