Cá voi và cá heo tiến hóa như thế nào để có sự sống trên biển
Một nghiên cứu mới cho thấy bộ gen của động vật giáp xác, bao gồm cá heo và cá voi, đã thay đổi theo những cách quan trọng để cho phép những loài động vật này chuyển từ môi trường trên cạn sang môi trường nước.
Mặc dù các loài động vật giáp xác, chẳng hạn như cá heo và cá voi, trông giống như cá và - cũng giống như cá - sống trong môi trường nước, nhưng trên thực tế, chúng là động vật có vú sống dưới nước.
Do đó, theo nhiều cách, chúng gần giống với các động vật có xương sống sống trên cạn, chúng sinh ra để sống non và sau đó cho chúng bú sữa.
Các nhà nghiên cứu hiện biết rằng động vật giáp xác tiến hóa từ tổ tiên sống trên đất liền khoảng 52,5 triệu năm trước, chuyển sang cuộc sống trên biển.
Đối với sự thay đổi mạnh mẽ này, nhóm động vật có vú này đã thích nghi chậm theo thời gian, phát triển các đặc điểm sinh học khác nhau phù hợp với yêu cầu của cuộc sống dưới nước.
Trong khi một số loài - bao gồm vây, chân chèo và hình dạng cơ thể giống thủy động học - có thể dễ dàng nhận thấy, thì những cách thích nghi khác tinh tế hơn nhưng không kém phần quan trọng.
Giờ đây, một nghiên cứu từ hai Viện Max Planck ở Dresden, Đức, Đại học California ở Riverside và Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên Hoa Kỳ ở New York, NY, cho thấy cấu tạo gen của loài giáp xác đã phát triển như thế nào để cho phép chúng sống trong đại dương .
Trong bài báo nghiên cứu, xuất hiện trên tạp chí Tiến bộ Khoa học, các tác giả giải thích rằng sự chuyển đổi này, một phần, có thể do các gen cụ thể đã trở nên không hoạt động ở cá heo, cá voi và các loài động vật giáp xác khác trong nhiều thiên niên kỷ.
85 'gen bị mất' có thể đã tạo điều kiện cho cuộc sống trên biển
Tác giả chính Matthias Huelsmann và các đồng nghiệp quan tâm đến việc hiểu rõ hơn cách bộ gen của các loài giáp xác đã thích nghi như thế nào để cho phép chúng phát triển dưới nước.
Để làm như vậy, họ đã “lược hợp” 19.769 gen ở 62 loài động vật có vú khác nhau - bao gồm, như họ giải thích trong bài báo nghiên cứu của mình, “bốn loài giáp xác, hai loài chân kim [một nhánh bao gồm hải cẩu và hải mã], một con lợn biển và 55 loài động vật có vú trên cạn ”- tìm kiếm các gen đã không hoạt động sau khi các loài giáp xác tiến hóa từ tổ tiên sống trên cạn của chúng.
“Để xác định chính xác các gen đã bị bất hoạt trong quá trình chuyển đổi từ đất sang nước ở dòng thân cetacean, chúng tôi đã sử dụng bộ gen được giải trình tự gần đây của hà mã thông thường, một loài động vật có vú bán thủy sinh […] là loài sống gần nhất với động vật giáp xác. , và chỉ xem xét các gen không có đột biến bất hoạt được phát hiện ở hà mã, ”các tác giả nghiên cứu tiếp tục giải thích.
Do đó, nhóm nghiên cứu đã xác định được 85 “gen bị mất”. Trong khi nghiên cứu trước đây đã xác định được một số trong số này, 62 (tương đương 73%) là những khám phá mới.
Các nhà nghiên cứu giải thích rằng một trong những gen bất hoạt có vai trò trong việc tiết nước bọt. Trong khi nước bọt giúp động vật có vú sống trên cạn bôi trơn và làm mềm thức ăn, cũng như khởi động quá trình tiêu hóa thông qua các enzym cụ thể, thì nước bọt lại trở nên không cần thiết đối với động vật có vú sống dưới nước vì thay vào đó nước có thể thực hiện những “công việc” này.
Hai gen khác bị “mất” cần thiết cho sự hình thành cục máu đông. Tuy nhiên, sự bất hoạt của chúng có thể đã kích hoạt các cơ chế niêm phong vết thương khác hữu ích hơn cho sự phát triển của các loài thủy sinh.
Một mất mát quan trọng khác là của một số gen liên quan đến chức năng phổi. Cấu tạo gen mới cho phép phổi của loài giáp xác có thể xẹp xuống khi chúng lặn sâu xuống biển.
Huelsmann và các đồng nghiệp giải thích: “Mặc dù xẹp phổi là một vấn đề lâm sàng nghiêm trọng đối với con người, nhưng nó có tác dụng làm giảm cả khả năng nổi và nguy cơ phát triển bệnh giảm áp ở động vật giáp xác.
Hóa ra, loài giáp xác cũng mất tất cả các gen cho phép động vật có vú tổng hợp melatonin, một loại hormone giúp điều chỉnh chu kỳ ngủ và thức.
Ở những loài động vật có vú sống dưới nước này, sự mất mát này có thể dẫn đến sự phát triển của một kiểu ngủ khác được gọi là giấc ngủ đơn bán cầu. Trong hình thức ngủ này, chỉ một nửa bộ não được nghỉ ngơi trong khi nửa còn lại vẫn tỉnh táo. Cơ chế này cho phép động vật giáp xác bơi lên bề mặt hoặc tạo ra nhiều nhiệt hơn nếu cần thiết.
Tất cả những sự thích nghi này, các nhà điều tra lập luận, có thể đã giúp cá voi, cá heo và các loài động vật có vú sống dưới nước tương tự bắt đầu sống giống cá hơn.
Các nhà nghiên cứu kết luận: “Những phát hiện của [O] cho thấy rằng sự mất mát gen ở động vật giáp xác không chỉ liên quan đến các chuyên ngành thủy sản mà còn có thể liên quan đến việc thích nghi với môi trường thủy sinh hoàn toàn,” các nhà nghiên cứu kết luận.
