Loài cá chỉ toàn con cái sinh sản vô tính bằng cách tự nhân bản

Lý thuyết tiến hóa dự đoán rằng các sinh vật sinh sản vô tính, nhân bản như vậy sẽ nhanh chóng tuyệt chủng do sự tích lũy các đột biến có hại. Sinh sản hữu tính thông thường giúp các đặc điểm có lợi lan rộng và loại bỏ các đặc điểm có hại trong một loài. Vì không có sự pha trộn DNA với bạn tình của chúng nên các đột biến gây hại ở cá molly không thể được loại bỏ hiệu quả.

Nhiều mô hình và mô phỏng ước tính rằng thời gian tuyệt chủng là dưới 10.000 năm đối với các loài không có sự pha trộn di truyền. Tuy nhiên, cá molly Amazon (Poecilia formosa) đã tồn tại lâu hơn nhiều so với những ước tính đó.

“Sinh sản vô tính đơn thuần không được cho là có thể tồn tại lâu dài nhưng loài cá mà chúng tôi nghiên cứu đã sinh sản hoàn toàn vô tính trong hơn 100.000 năm”, đồng tác giả nghiên cứu Edward Ricemeyer cho biết trong một email.

Cá molly Amazon xuất hiện từ một lần lai tạo giữa 2 loài sinh sản hữu tính, một con cái Poecilia mexicana và một con đực Poecilia latipinna. Mặc dù cá molly Amazon vẫn cần tương tác với tinh trùng của loài có quan hệ gần gũi khác để kích hoạt sự phát triển phôi nhưng DNA của con đực không hòa nhập với DNA của trứng. Do đó, tinh trùng không đóng góp vật chất di truyền. Điều này vẫn không dẫn đến sự suy thoái đột biến chức năng. Nghiên cứuđược công bố trên tạp chí Nature mới đây đã “giải thích làm thế nào loài cá này có thể tránh được số phận tuyệt chủng được dự đoán trước của chúng”, ông cho biết thêm.

Để hiểu cách chúng vượt qua dự đoán ảm đạm này, Ricemeyer và các đồng nghiệp đã giải trình tự toàn bộ bộ gen ở cấp độ nhiễm sắc thể của cá molly Amazon và 2 loài bố mẹ của nó. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu theo dõi mọi thay đổi DNA xảy ra kể từ khi loài cá này chuyển sang sinh sản vô tính.

Nhóm nghiên cứu không tìm thấy bằng chứng về sự tích lũy các đột biến có hại, mặc dù cá molly Amazon đã trải qua các đột biến nhanh hơn so với tổ tiên sinh sản hữu tính của chúng. Điều này là do “chúng sử dụng quá trình chuyển đổi gen để khắc phục các vấn đề trong bộ gen của chúng mà thông thường được khắc phục bằng cách xáo trộn gen trong quá trình sinh sản hữu tính”, Ricemeyer lý giải.

Các đoạn chuyển đổi gen lan rộng trong bộ gen của cá molly. Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng quá trình chuyển đổi gen có khả năng đảo ngược một đột biến mới trở lại trạng thái ban đầu cao gấp hơn 10 lần so với việc lan truyền nó, do đó loại bỏ hiệu quả các tác động có hại.

Chuyển đổi gen giống như một cơ chế copy và paste gen để sửa chữa DNA. Nếu một đột biến có hại xảy ra trên nhiễm sắc thể, cá thường viết lại nó bằng một phiên bản khỏe mạnh từ nhiễm sắc thể khác của nó.

Theo Ricemeyer, quá trình chuyển đổi gen xảy ra ngẫu nhiên và có thể làm cho mọi thứ trở nên tồi tệ hơn hoặc tốt hơn. Nhưng nó tạo ra các phiên bản khác nhau của bộ gen để chọn lọc tự nhiên có thêm nhiều lựa chọn hơn.