Loài chân đều khổng lồ Bathynomus jamesi sống ở độ sâu gần 900 mét dưới đáy đại dương có thể nhịn ăn hơn 5 năm nhờ một đoạn gen "ăn trộm" từ vi khuẩn, theo nghiên cứu của nhóm nhà khoa học Trung Quốc dẫn đầu bởi Jianbo Yuan thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc.
Cuộc chiến sinh tồn nơi đáy tối đại dương
Ở độ sâu khoảng 1 km dưới mặt nước, áp suất cực lớn, bóng tối bao trùm và nguồn thức ăn khan hiếm. Tuy nhiên, loài chân đều khổng lồ Bathynomus vẫn phát triển mạnh với kích thước cơ thể lên tới nửa mét. Để giải mã khả năng này, nhóm nghiên cứu đã so sánh hai loài: B. jamesi sống ở độ sâu gần 900 mét và B. doederleini sống ở vùng nước nông hơn khoảng 300 mét.
Kết quả cho thấy loài sống ở vùng nước sâu hơn có kích thước vượt trội và sở hữu dạ dày đặc biệt có thể giãn nở chiếm tới hai phần ba khoang cơ thể, cho phép chúng ngấu nghiến lượng thức ăn khổng lồ trong những cơ hội kiếm ăn hiếm hoi và lưu trữ dinh dưỡng trong thời gian dài.
Gen "ăn trộm" và chiếc van năng lượng kỳ diệu
Yếu tố cốt lõi giúp B. jamesi sống sót qua những năm tháng đói khát là tốc độ trao đổi chất cực kỳ thấp. Khi giải mã và so sánh bộ gen của hai loài, các nhà khoa học phát hiện gen điều hòa năng lượng then chốt ND1 ở loài sống dưới đáy sâu. Gen này không có nguồn gốc từ tổ tiên của loài chân đều mà được "đánh cắp" từ bộ gen của một loại vi khuẩn cộng sinh thông qua cơ chế chuyển gen ngang (HTG) – quá trình trao đổi vật chất di truyền giữa các loài không có quan hệ huyết thống qua hàng triệu năm tiến hóa.
Để làm sáng tỏ chức năng của ND1, các nhà nghiên cứu đã tạo ra những con cá ngựa vằn biến đổi gen biểu hiện cao gen này và thử nghiệm khả năng nhịn ăn ở các mức nhiệt độ khác nhau. Ở nhiệt độ phòng, cá mang gen ND1 tiêu thụ năng lượng nhanh hơn và nhanh kiệt sức. Nhưng trong môi trường nước lạnh mô phỏng đáy biển sâu, gen ND1 hoạt động như một "chiếc van" điều tiết có điều kiện, ức chế hoạt động của ty thể, làm chậm quá trình tiêu thụ năng lượng và giúp sinh vật kéo dài thời gian sống sót khi bị bỏ đói thêm 37%.
Sự hợp tác hoàn hảo với vi sinh vật đường ruột
Bên cạnh gen ND1, sự sinh tồn của loài giáp xác khổng lồ còn có sự đóng góp từ hệ vi sinh vật trong dạ dày. Nhóm nghiên cứu phát hiện sự hiện diện của vi khuẩn Chlamydiae – vốn là tác nhân gây bệnh ở nhiều loài động vật và con người – nhưng trong dạ dày của Bathynomus, chúng lại cộng sinh hòa bình, đóng vai trò như những "nhà máy" tổng hợp và tích trữ axit béo cho vật chủ, giúp tối ưu hóa nguồn năng lượng dự trữ ít ỏi nơi biển sâu.
Bước đột phá mở ra triển vọng cho y học nhân loại
Theo nhà nghiên cứu Jianbo Yuan, cơ chế hoạt động của gen ND1 có thể truyền cảm hứng cho các giải pháp mới trong kiểm soát và quản lý bệnh béo phì ở người bằng cách chủ động làm chậm quá trình trao đổi chất. Đồng thời, nguyên lý ức chế tế bào trong môi trường lạnh của loài sinh vật này cũng có thể ứng dụng để tối ưu hóa công nghệ bảo quản lạnh các mô và bộ phận cơ thể phục vụ phẫu thuật cấy ghép trong tương lai.
