Sự kiện tiến hóa 1 tỷ năm mới có một lần: hai sinh vật hợp nhất thành một

Sự kiện tiến hóa chưa từng có trong 1 tỷ năm: hai sinh vật hợp nhất thành một

• Đã phát hiện loài tảo Braarudosphaera bigelowii hấp thụ vi khuẩn lam UCYN-A. Đây có thể là một bước nhảy vọt lớn trong tiến hóa.

Nội cộng sinh sơ cấp: hiện tượng một vi sinh vật nuốt chửng vi sinh vật khác

• Nội cộng sinh sơ cấp (primary endosymbiosis) xảy ra khi một vi sinh vật nuốt chửng một vi sinh vật khác và bắt đầu sử dụng nó như một cơ quan nội tại.
• Tế bào chủ cung cấp cho sinh vật cộng sinh các lợi ích như dưỡng chất, năng lượng và sự bảo vệ; cuối cùng sinh vật cộng sinh không còn thể sống độc lập và trở thành cơ quan của vật chủ, tức một bào quan (organelle) trong tế bào.

Trong lịch sử Trái Đất, nội cộng sinh sơ cấp mới chỉ xảy ra hai lần

• Khoảng 2,2 tỷ năm trước, một vi khuẩn cổ nuốt chửng vi khuẩn và tạo thành ty thể, đây là trường hợp đầu tiên. Điều này đã mở đường cho sự tiến hóa của mọi dạng sống phức tạp.
• Khoảng 1,6 tỷ năm trước, một số tế bào đã tiến hóa theo hướng đó tiếp tục hấp thụ vi khuẩn lam có khả năng thu nhận năng lượng từ Mặt Trời và chúng trở thành lục lạp. Điều này mang lại cho thực vật khả năng quang hợp và màu xanh.

Trường hợp nội cộng sinh sơ cấp thứ ba được phát hiện ở tảo B. bigelowii

• Tảo B. bigelowii đã nuốt chửng vi khuẩn UCYN-A, nhờ đó có thể cố định nitơ trong không khí và kết hợp nó với các nguyên tố khác để tạo ra những hợp chất hữu ích hơn. Đây là điều mà tảo hay thực vật thông thường không thể làm được.
• Nhóm nghiên cứu xác nhận đây là nội cộng sinh sơ cấp thông qua tỷ lệ kích thước giữa vật chủ và sinh vật cộng sinh, sự kiểm soát tăng trưởng nhờ trao đổi dinh dưỡng, cũng như sự đồng bộ trong sao chép và phân chia tế bào.
• UCYN-A chỉ có thể tự sản xuất khoảng một nửa số protein cần thiết, phần còn lại phụ thuộc vào tảo chủ. Đây là một trong những đặc điểm cho thấy nó đang trên đường trở thành bào quan nội tại.

Phát hiện bào quan mới "nitroplast"

• Nhóm nghiên cứu cho biết UCYN-A cho thấy đầy đủ đặc điểm của một bào quan hoàn chỉnh và đặt tên cho nó là "nitroplast".
• Có vẻ nitroplast bắt đầu tiến hóa từ khoảng 100 triệu năm trước, một khoảng thời gian rất ngắn nếu so với ty thể hay lục lạp.
• Nhóm nghiên cứu dự định tiếp tục tìm hiểu liệu nitroplast có tồn tại trong các tế bào khác hay không, và nó tạo ra những ảnh hưởng gì.
• Nitroplast có thể mang lại khả năng cố định nitơ cho thực vật, từ đó mở ra khả năng ứng dụng trong trồng trọt để tạo ra cây trồng tốt hơn.

Ý kiến của GN⁺

• Nội cộng sinh sơ cấp là một sự kiện cực kỳ quan trọng trong tiến hóa sự sống, và việc hiện tượng này vẫn đang diễn ra ở hiện tại là một phát hiện rất thú vị. Sẽ rất đáng chú ý để theo dõi nitroplast sẽ đảm nhiệm vai trò gì trong tương lai.

• Tuy vậy, có vẻ vẫn cần thêm rất nhiều nghiên cứu trước khi kết quả này có thể được áp dụng vào nông nghiệp thực tế. Việc trao cho cây trồng khả năng cố định nitơ thông qua biến đổi gen có thể gây ra những tác động ngoài dự kiến lên hệ sinh thái, nên cần thận trọng.

• Xét đến việc nội cộng sinh sơ cấp tạo nên nguồn gốc của ty thể và lục lạp đã xảy ra từ khoảng 1 tỷ năm trước, có thể suy đoán rằng sự tiến hóa của nitroplast vẫn còn ở giai đoạn đầu. Cần tiếp tục quan sát xem bào quan này sẽ tiến hóa như thế nào về sau.

• Những kết quả nghiên cứu như vậy cho thấy các sinh vật đã tiến hóa thông qua sự tương tác chặt chẽ với nhau. Điều này gợi ý rằng cộng sinh với sinh vật khác đã đóng vai trò quan trọng trong việc giành được các năng lực mới.

• Có vẻ vẫn cần hiểu rõ hơn về cơ chế và điều kiện để nội cộng sinh sơ cấp xảy ra. Qua đó, chúng ta có thể làm sáng tỏ một quá trình cốt lõi của tiến hóa sự sống và tìm kiếm những khả năng ứng dụng sinh học mới.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

Tóm tắt:

• Sự cộng sinh đầu tiên tạo nên nguồn gốc của sinh vật nhân thực có thể là một sự kiện cực kỳ hiếm, không phải một lần trong 1 tỷ năm mà có thể là một lần trong 1 nghìn tỷ năm hoặc thậm chí 10^20 năm. Điều này có thể là một rào cản lớn đối với sự ra đời của sự sống phức tạp và có thể giải thích nghịch lý Fermi.
• Sự cộng sinh của bào quan cố định nitơ mới được phát hiện thực ra đã xảy ra từ 100 triệu năm trước. Chỉ là nó mới được phát hiện gần đây.
• Loài tảo Braarudosphaera bigelowii này được bao quanh bởi 12 tấm hình ngũ giác, tạo thành hình khối mười hai mặt đều hoàn hảo. Đây là một sinh vật rất thú vị.
• Phần lớn côn trùng có các nội cộng sinh có thể di truyền, nên có ý kiến nghi ngờ về khẳng định rằng nội cộng sinh sơ cấp hiếm đến vậy.
• Đây là một bài báo có tiêu đề giật gân; trên thực tế, có thể chỉ là tình cờ ghi nhận được một sự kiện xảy ra khoảng một lần trong 1 tỷ năm, nhưng thường thì đó không phải là loại sự kiện có tác động lớn hoặc đủ đáng nhớ.
• Một giống ngô có thể tự tạo ra nitơ "liên kết".