​

Sự tương tác giữa gen và môi trường lâu nay đã được cân nhắc ít nhất là từ khi cụm từ "tự nhiên so với nuôi dưỡng" được đặt ra vào giữa những năm 1800.

Nhưng đến khi có sự xuất hiện của các công cụ lập trình tự bộ gen hiện đại, thì khó để đo lường mức độ của môi trường đối với sự hình thành di truyền của một loài.

Hiện nay, sau khi nghiên cứu ruồi giấm sống trên 2 sườn núi đối lập nhau trong một môi trường thiên nhiên độc đáo gọi là "Hẻm núi Tiến hóa", các nhà nghiên cứu tại Viện Tin sinh học Virginia thuộc Virginia Tech cho thấy rằng, ngay cả với sự di cư, sự lai tạo, và đôi khi là sự xóa sổ của các quần thể, thì yếu tố chi phối nguồn gen chủ yếu là môi trường.

Khám phá này cho thấy, các loài động vật thích nghi về mặt di truyền tùy thuộc vào việc chúng sống ở phía nóng hơn, khô hơn của hẻm núi hay phía ẩm ướt hơn, mát hơn ở phía bên kia.

"Mặc dù có nhiều yếu tố phức tạp, chẳng hạn như dòng gen giữa hai quần thể và thay đổi về nhân khẩu học, nhưng sự khác biệt trong phạm vi khí hậu nhỏ trong hẻm núi này dường như phổ biến đến nỗi đủ để chi phối những khác biệt về di truyền," Pawel Michalak, phó giáo sư tại Viện Tin sinh học Virginia, cho biết. "Chúng tôi có thể mô phỏng các điều kiện như vậy trong phòng thí nghiệm, nhưng sẽ có giá trị khi quan sát việc này diễn ra thật sự trong một hệ thống tự nhiên".

Hai sườn của Hẻm núi tiến hóa, nằm ở Núi Carmel, Israel, rộng hơn 2 sân bóng đá chút xíu, nhưng sườn nhìn về phía Nam là nhiệt đới và có thể nhận ánh nắng mặt trời nhiều gấp tám lần, trong khi sườn nhìn về phía Bắc giống với một khu rừng Châu Âu hơn.

Kiến thức cho thấy các yếu tố khí hậu và môi trường dường như gây ảnh hưởng đáng kể đến hệ gen của ruồi giấm mặc dù có sự di cư thêm vào sự hiểu biết hiện tại về đa dạng sinh học, khả năng phục hồi, và khả năng của một loài thích ứng với sự biến đổi khí hậu nhanh chóng.

Ruồi giấm bản địa trong nghiên cứu - Drosophila melanogaster - là một động vật trong phòng thí nghiệm được nghiên cứu kỹ và là nguồn gốc của kiến thức thế giới về việc thông tin di truyền được đóng gói trong các nhiễm sắc thể ra sao.

Hơn 65 phần trăm các gen gây bệnh ở người được cho là cũng có ở ruồi, trong đó có nhiều gen liên quan đến ung thư, Alzheimer và Parkinson, bệnh tim, và các bệnh khác.

Các nhà nghiên cứu sử dụng một kỹ thuật gọi là giải trình tự toàn bộ bộ gen để xác định một bộ DNA hoàn chỉnh trong tổng quần thể của ruồi giấm, ghi nhận những khác biệt về di truyền giữa 2 quần thể ở 2 sườn núi đối lập nhau.

Nhóm nghiên cứu quốc tế, gồm các nhà khoa học của Viện Tiến hóa tại Đại học Haifa, Đại học British Columbia ở Vancouver, và Trung tâm Ung thư Memorial Sloan-Kettering ở New York, phát hiện thấy rằng, 572 gen khác biệt đáng kể về tần số giữa 2 quần thể này, ủng hộ các quan sát trước đó nhận thấy những khác biệt về khả năng chịu nhiệt, lịch sử cuộc sống, và hành vi giao phối.

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn phát hiện ra rằng, những thay đổi di truyền đã được tích lũy trong các "đảo" nhiễm sắc thể ở ruồi giấm sống ở sườn núi nhìn về phía Bắc, một việc cho thấy đột biến gen sẽ xuất hiện trên toàn bộ quần thể, theo thời gian.

Sự di cư của ruồi giữa 2 sườn núi đã được xác nhận qua việc bắt giữ và đánh dấu chúng bằng chất huỳnh quang.

"Mặc dù chúng tôi không cho rằng có sự tương quan giữa biến đổi di truyền và biến đổi khí hậu nhưng chúng tôi đã xem xét các hiệu ứng căng thẳng nhiệt, từ đó cho chúng tôi một sự hiểu biết gián tiếp liên quan đến biến đổi khí hậu toàn cầu", Michalak cho biết. "Chúng ta cần một số chỉ số tốt về những thay đổi di truyền gây ra bởi biến đổi khí hậu. Con người có cách để đối phó không giống như những sinh vật khác, nhưng cơ chế kháng căng thẳng được bảo tồn tốt trong tự nhiên. Câu hỏi cơ bản về cách sinh vật thích nghi ra sao với môi trường căng thẳng sẽ quan trọng hơn trong những năm tới. Nó ảnh hưởng tới cả chúng ta".

Nghiên cứu xác nhận rằng sự chọn lọc tự nhiên - quá trình trong tự nhiên khi các sinh vật thích nghi về mặt di truyền với môi trường xung quanh - là một ảnh hưởng mạnh mẽ trong hẻm núi trên.

"Thật tốt khi công trình nghiên cứu này cuối cùng đã hoàn thành và xác nhận có sự khác biệt giữa 2 sườn núi," Marta L. Wayne, giáo sư sinh học tại Đại học Florida, người không tham gia vào nghiên cứu, nhận xét. "Điều này rất thú vị bởi 2 sườn gần nhau ở mức chúng tôi biết rằng các loài động vật di chuyển qua lại giữa chúng, nhưng sự chọn lọc mạnh đến nỗi có sự khác biệt giữa các động vật sinh sống ở hai sườn núi. Đây quả là sự chọn lọc tự nhiên mạnh mẽ".

Xem chi tiết tại http://www.eurekalert.org/pub_releases/2013-12/vt-edg121113.php

Thanh Vân - Dostdongnai, Theo Eurekalert.