Tất cả chúng ta đều biết điều gì sẽ xảy ra nếu để một con Corgi giao phối với một con chó bất kỳ thuộc giống khác. Nó sẽ đẻ ra những đứa con bị di truyền chứng lùn achondroplastic, có cái lưng dài ngoằng còn bốn chân thì cụt ngủn.
Bù lại, những con chó này có thể có một bờ mông và dáng đi "cute" lạc lối. Một số người có vẻ thích thú với điều đó và tự hỏi liệu họ có thể tạo ra một giống mèo "bị lùn" được hay không?
Dĩ nhiên bây giờ bạn không thể cho một con Corgi giao phối với mèo để đẻ ra mèo lùn rồi. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu khoa học có thể khiến điều đó trở thành hiện thực, trong tương lai?
Một nghiên cứu mới đây đã khám phá ra những DNA đang ngăn cản quá trình giao phối tạo ra con lai lệch loài. Khi chúng ta tạm "tắt" chúng đi, bộ gen của hai sinh vật này sẽ được đồng bộ hóa. Kết quả là chúng đã sinh sản được với nhau và tạo ra những giống loài lai mới.
Tại sao các loài khác nhau không thể giao phối để đẻ ra con lai?
Đó là một câu hỏi kinh điển trong sinh học bắt nguồn từ định nghĩa các loài mà nhà sinh vật học người Đức Ernst Mayr đưa ra vào năm 1942. Theo Mayr, loài sinh học là một hay một nhóm các quần thể gồm các cá thể có khả năng giao phối với nhau trong tự nhiên và sinh ra con cái có thể sống khỏe mạnh và tiếp tục sinh sản. Một loài sinh học vì thế sẽ cách ly sinh sản với các loài sinh học khác.
Khái niệm cách ly sinh sản tiếp tục được Mayr chia thành hai loại lớn: Cách ly sinh sản tiền hợp tử, dành cho những cơ chế ngăn chặn hai loài sinh sản với nhau trước khi thời điểm thụ tinh hay giao phối. Cách ly sinh sản hậu hợp tử dành cho các cơ chế xảy ra sau đó.
Có rất nhiều rào cản cản trở hai loài vật khác nhau giao phối để tạo ra con lai.
Có thể kể đến một số rào cản tiền hợp tử chẳng hạn như:
- Khi hai loài sống ở các vùng địa lý và môi trường khác nhau, chúng không giao phối được với nhau. Ví dụ cá nước ngọt và cá nước mặn không bao giờ có thể gặp nhau để sinh sản.
- Khi hai loài có mùa sinh sản hoặc thời điểm giao phối lệch nhau, chúng sẽ không thể gặp nhau và đẻ con. Chẳng hạn như hai loài cóc Bufo americanus và Bufo fowleri, một loài sinh sản vào mùa hè và loài còn lại vào mùa đông. Mặc dù các nhà khoa học có thể lai tạo hai loài này trong phòng thí nghiệm, nhưng ngoài tự nhiên, chúng bị cách ly về mặt sinh sản.
- Hai loài có các hành vi tán tỉnh hoặc sở thích giao phối khác nhau, chúng cũng không bao giờ hấp dẫn nhau để giao phối. Ví dụ châu chấu cái của một loài thường không thích tiếng kêu của châu chấu đực thuộc loài khác. Do đó, chúng không bị tán tính bởi tiếng kêu và từ chối sinh sản lệch loài.
- Hai loài tạo ra trứng và tinh trùng không thể kết hợp được với nhau. Đây được gọi là sự phân lầm giao tử, ví dụ như các loài san hô vốn thường giải phóng trứng và tinh trùng lẫn lộn vào nước. Nhưng bởi cơ chế ngăn cản này, con lai giữa các loài san hô rất hạn chế.
- Hai loài có cơ thể và cấu trúc bộ phận sinh dục không khớp với nhau. Điều này được gọi là cách ly về mặt cơ học, nó giống với một chiếc chìa khóa thì không thể mở được một ổ khóa khác loại.
Các nhà khoa học cho biết họ có nhiều cách để giúp các loài sinh vật vượt qua rào cản tiền hợp tử để tạo ra con lai. Nhưng sau đó, họ tiếp tục phải đối mặt với rào cản hậu hợp tử, là những cơ chế phức tạp hơn.
Sự lai tạo giữa lừa và ngựa, sư tử và hổ sẽ tạo ra những loài vật sống được nhưng bị vô sinh do rào cản hậu hợp tử.
Cụ thể, khi tinh trùng của một loài sinh vật gặp trứng của một loài sinh vật khác, chúng cần phải có các cấu trúc DNA tương tự và gần giống với nhau để có thể tạo ra con cái. Đó là bởi ở sinh vật sinh sản hữu tính, một nửa bộ gen đơn bội của tinh trùng sẽ phải khớp với nửa bộ gen đơn bội còn lại của trứng để tạo ra bộ gen lưỡng bội cho phôi.
Nếu hai bộ gen quá lệch nhau, phôi sẽ không thể hình thành, hoặc nếu có phát triển cũng sẽ chết yểu ngay trong bụng mẹ. Ngay cả trong trường hợp may mắn nhất, một sinh vật có thể được tạo ra từ quá trình thụ tinh lệch loài này, nó cũng có sức khỏe không tốt hoặc nếu sống quá tuổi trưởng thành cũng không thể sinh con.
Lấy ví dụ như ngựa và lừa có thể kết hợp với nhau để sinh ra la. Nhưng la sẽ hoàn toàn bất dục, do có sự khác biệt giữa số lượng nhiễm sắc thể, chúng không thể tạo ra tinh trùng hoặc trứng để tiếm tục sinh con.
Điều tương tự cũng xảy ra khi hổ đực lai với sư tử cái để tạo ra tigon và hổ cái lai với sư sử đực để tạo ra liger. Cả hai loài lai này đều gặp khó khăn trong việc sinh sản để tạo ra thế hệ hậu duệ. Đó là lý do bạn không hay bắt gặp chúng trong tự nhiên.
Dung hòa DNA để vượt qua rào cản hậu hợp tử
Trong một nghiên cứu mới trên tạp chí Molecular Biology and Evolution, hai nhà sinh học Madhav Jagannathan đến từ Đại học ETH Zurich và Yukiko Yamashita đến từ Viện Công nghệ Massachusetts MIT dường như đã tìm ra được cách vượt qua được rào cản hậu hợp tử trong sinh sản lệch loài.
Họ đã giúp hai loài ruồi giấm D. melanogaster và D. simulans sinh sản được với nhau, đồng thời tạo ra những con lai có thể tiếp tục sinh ra thế hệ con cháu. Điều này trước đây là không thể, bởi sự kết hợp giữa hai loài ruồi này luôn tạo ra thế hệ con cái chết rất nhanh hoặc bị vô sinh tương tự như sự kết hợp giữa lừa và ngựa.
Nhà khoa học Yukiko Yamashita đến từ Viện Công nghệ Massachusetts MIT, một trong hai tác giả của nghiên cứu mới.
Để làm được điều này, Jagannathan và Yamashita đã phát hiện một nhóm các DNA của sinh vật được gọi là DNA vệ tinh, hay DNA không mã hóa protein, có thể đang là rào cản hậu hợp tử chính ngăn cản các loài có họ hàng gần sinh sản được với nhau.
Ví dụ như trong trường hợp bộ gen của tinh tinh và bộ gen người, chúng ta có 99% DNA mã hóa protein gần như giống hệt với tinh tinh, trong khi các DNA không mã hóa protein thì gần như khác biệt hẳn.
Sự xung đột của các DNA vệ tinh ngăn quá trình sinh sản lệch loài bằng cách phân tán các nhiễm sắc thể ra bên ngoài nhân tế bào, phá hủy quá trình hình thành hợp tử hoặc làm con cái của các loài sinh sản lệch nhau bị chết yểu hay chí ít cũng vô sinh.
Bộ đôi nhà khoa học vì vậy đã tìm cách dung hòa sự khác biệt này. Họ chọn hai loài ruồi giấm D. melanogaster và D. simulans làm đối tượng. Chúng có họ hàng gần với nhau nhưng đã tách loài với nhau ra từ khoảng 2-3 triệu năm trước.
Bằng cách biến đổi gen hai loài ruồi này để dung hòa các khác biệt trong DNA vệ tinh, loại bỏ các gen gây hại cho con lai được gọi là 'gen lai không tương thích', Jagannathan và Yamashita đã giúp một con ruồi D. melanogaster cái đẻ con được với một con ruồi D. simulans đực.
Con ruồi con được sinh ra có bộ gen hoàn toàn tương thích với nhiễm sắc thể không bị phân tán ra bên ngoài nhân, điều được hi vọng sẽ giúp nó hoàn toàn khỏe mạnh và có thể sinh sản.
Nghiên cứu này là một bước đầu tiên để chứng minh chúng ta hoàn toàn có thể tìm cách lai tạo hai sinh vật khác loài với nhau bằng cách ngăn chặn sự phân tán nhiễm sắc thể khi hai bộ gen của chúng kết hợp.
Quá trình phân tán nhiễm sắc thể ra ngoài nhân đang cản trở sinh sản lệch loài.
Nếu có thể tìm ra một protein gắn kết các DNA vệ tinh lại, chúng ta sẽ giải được bài toán đó.
Trong khi Jagannathan và Yamashita đã làm được điều này bằng cách trung hòa bộ gen của hai loài ruồi giấm, bộ đôi cho biết còn có thể có một cách dễ hơn để làm điều này, không cần biến đổi gen sinh vật.
Đó là tìm ra một protein liên kết DNA vệ tinh và giữ các nhiễm sắc thể lại với nhau khi chúng ở trong nhân. Jagannathan và Yamashita cho biết đây sẽ là nhiệm vụ trong nghiên cứu tiếp theo của họ.
Về cơ bản, một protein như vậy chính là cánh cửa mở ra khả năng lai tạo ra những cá thể lai lệch loài khỏe mạnh và có khả năng tiếp tục sinh sản. Nó có thể được áp dụng với mọi loài sinh vật nhân chuẩn. Vì vậy, biết đâu trong tương lai, chúng ta sẽ có những con mèo lùn khi mẹ của chúng trót phải lòng một chú chó Corgi.
