Loài kiến thách thức sinh học – kiến chúa đẻ trứng nở thành loài khác

• Kiến chúa Messor ibericus cho thấy một cơ chế sinh sản độc đáo: không chỉ tạo ra con của chính loài mình mà còn sao chép con đực của một loài khác là kiến gặt xây tổ (Messor structor)
• Kiến chúa được cho là lưu trữ tinh trùng của con đực loài khác, thụ tinh cho trứng rồi loại bỏ vật chất di truyền của chính mình để sinh ra các bản sao con đực M. structor
• Kết quả là kiến chúa tạo ra con đực của hai loài, còn kiến thợ đều là con cái lai giữa hai loài để duy trì đàn
• Nhóm nghiên cứu đã đề xuất thuật ngữ mới “xenoparity” (sinh con khác loài) để giải thích hiện tượng này; đây là một phát hiện táo bạo đến mức có thể buộc phải định nghĩa lại chính khái niệm loài
• Sự hợp tác này trong ngắn hạn mang lại lợi ích cho cả hai loài, nhưng về dài hạn các con đực M. structor được sao chép có thể trở nên dễ tổn thương do tích lũy đột biến

---

Phát hiện làm lung lay khái niệm loài

• Khái niệm loài theo cách hiểu cổ điển được định nghĩa là một nhóm có thể giao phối với nhau và tạo ra con cháu có khả năng sinh sản
• Nhưng với M. ibericus, việc duy trì đàn là không thể nếu không giao phối với loài khác, và đây là trường hợp làm rung chuyển định nghĩa hiện có
• Các nhà sinh thái học nhận xét rằng “vì hai loài phải đi cùng nhau nên cần xem xét lại khái niệm loài”

Cơ chế sinh sản đặc biệt

• Kiến chúa M. ibericus sau khi giao phối với con đực M. structor sẽ lưu trữ tinh trùng để sử dụng
• Ở một số trứng, nó dường như loại bỏ gene của chính mình để tạo ra các bản sao con đực M. structor
• Vì vậy, kiến chúa cuối cùng sản sinh con đực của hai loài, còn kiến thợ luôn được sinh ra dưới dạng con cái lai giữa hai loài

Quá trình nghiên cứu và bằng chứng

• Tại một con đường nông trại gần Lyon, Pháp, các nhà nghiên cứu đã khai quật các đàn M. ibericus và thu được 132 con đực từ 26 đàn
• Những con đực gần như không có lông được xác định là M. structor, còn những con nhiều lông là M. ibericus
• Kết quả xét nghiệm DNA cho thấy con đực của cả hai loài đều chia sẻ DNA ty thể của M. ibericus, xác nhận rằng chúng được kiến chúa này sinh ra
• Nhóm nghiên cứu đặt tên hiện tượng này là “xenoparity” (sinh con khác loài)
• Sau khi quan sát hơn 50 quần thể kiến trong phòng thí nghiệm suốt 2 năm, họ đã trực tiếp chứng kiến quá trình con đực M. structor ra đời

Bối cảnh tiến hóa và các câu hỏi đặt ra

• Hai loài M. ibericus và M. structor đã phân tách hơn 5 triệu năm trước và không phải họ hàng gần
• Mức độ xa cách này có thể so sánh với thời điểm con người và tinh tinh tách nhánh (khoảng 6–8 triệu năm trước)
• Các nhà khoa học chưa biết rõ vì sao cơ chế này vẫn được duy trì, nhưng cho rằng có thể là vì cả hai bên đều có lợi

Lợi ích song phương và rủi ro

• Nhiều khả năng đây là một mối quan hệ cộng sinh mang lại lợi ích cho cả hai loài
• Với M. ibericus:
  • Có đủ kiến thợ (xây tổ, thu thập thức ăn, nuôi ấu trùng, v.v.)
  • Có thể bảo đảm nguồn con đực M. structor cho các kiến chúa mới
• Với M. structor:
  • Vốn trước đây chỉ phân bố ở những vùng núi hạn chế, nhưng khi các con đực được sao chép lan rộng thì phạm vi địa lý cũng mở rộng
• Tuy nhiên, vì con đực M. structor không giao phối trong chính loài của mình mà chỉ tồn tại dưới dạng clone, nên theo thời gian có nguy cơ tích lũy các đột biến gene có hại
• Hiện tại đây là một chiến lược sinh sản thành công trong quá trình đồng tiến hóa, nhưng liệu nó có thể duy trì lâu dài hay không vẫn chưa rõ

Kết luận

• Phát hiện lần này chứng minh sự đa dạng cực độ của các chiến lược sinh sản mà loài kiến có thể thể hiện
• Như cách ví von của một nhà nghiên cứu: “giống như một loài nhét loài kia vào túi rồi mang đi khắp châu Âu”, hệ thống này tuy kỳ lạ nhưng ở giai đoạn hiện tại lại rất thành công
• Đây được đánh giá là một phát hiện mang tính đột phá, buộc chúng ta phải suy nghĩ lại về khái niệm loài và lý thuyết tiến hóa

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Nếu tôi hiểu đúng, điều thực sự đáng kinh ngạc là kiến chúa M. ibiricus giao phối với kiến đực M. structor và dùng tinh trùng của nó để tạo ra các kiến thợ cái lai vô sinh; còn gây sốc hơn nữa là đôi khi chính kiến chúa này cũng có thể tự sao chép để sinh ra những con đực có bộ gen giống hệt kiến đực M. structor đó. Tức là như thể nó loại bỏ gen của chính mình và chỉ giữ lại gen của con đực đã giao phối trước đó để tạo ra một con đực mới
  • Nếu nghiêm túc xem gen là đối tượng chính của tiến hóa, thì những tổ hợp “Pareto tối ưu” mà các bộ gen khác nhau có thể cùng hưởng lợi cuối cùng sẽ được tìm ra thông qua quá trình dò tìm ngẫu nhiên
  • Tôi cũng thấy chính chỗ đó cực kỳ khó tin. Thật khó hiểu làm sao một kiến chúa lại có thể sao chép hoàn toàn con đực của loài khác. Bình thường tinh trùng của con đực chỉ nên mang một nửa số gen cần cho sinh sản, nhưng ở kiến thì cơ chế xác định giới tính hoạt động khác. Theo tài liệu liên quan, kiến đực có một bộ nhiễm sắc thể còn kiến cái có hai bộ. Vì vậy có vẻ chỉ với một tinh trùng của kiến đực cũng có thể tạo ra trọn vẹn một con kiến đực. Và tôi hiểu câu chuyện này là trứng đã được tạo theo cách xóa bỏ gen của con cái, để con non được sao chép chỉ từ gen của con đực
  • Tôi cũng từng đọc chuyện này ở nơi khác, nhưng quá rối nên vẫn không hiểu nổi
  • Kiến thật sự là đối tượng mà tự nhiên rất thích đem ra thử nghiệm
  • Thực ra vì kiến đực là “đơn bội (haploid)” nên có lẽ chuyện này không kỳ lạ đến thế, dù dĩ nhiên vẫn là một hiện tượng cực kỳ đáng kinh ngạc
• Cả kiến lẫn ong bắp cày đều là những sinh vật thể hiện sự đa dạng và khả năng thích nghi thật phi thường. Có loài có nhiều kiến chúa, có loài nuôi rệp, có loài xây tổ cỡ hạt dẻ còn có loài làm tổ lớn như đường xích đạo. Thậm chí có loài ký sinh bằng cách lấy một loài nhất định làm vật chủ. Có kiến phản xạ ánh nắng sa mạc, kiến trôi trên sông Amazon, “kiến thùng chứa” đầy vị ngọt, kiến cơ khí với cặp hàm cực mạnh, và cả kiến tự kết thân mình thành cầu. Các mánh khóe di truyền cũng vô tận, khiến thế giới sinh học còn ly kỳ hơn cả khoa học viễn tưởng. Nếu bạn hứng thú với những sinh vật kỳ lạ và đáng kinh ngạc, tôi khuyên nên thử tìm hiểu myrmecology
  • Theo tôi biết thì tôi cứ nghĩ ong bắp cày tiến hóa từ kiến, nhưng có lẽ ngược lại mới đúng
• Đây thật sự là hiện tượng đáng kinh ngạc. Côn trùng xã hội như kiến hay ong thường có rất nhiều xu hướng lạ trong cách xác định giới tính. Chưa đến 1% cá thể trong đàn có thể sinh sản, còn phần lớn còn lại chỉ tồn tại để phục vụ việc sinh sản của 1% đó. Kiến thợ sẵn sàng tự cắt cụt, hy sinh, thậm chí tự sát chỉ để tăng xác suất sống sót của kiến chúa thêm dù chỉ 0,1%. Ở mức độ này, sẽ hữu ích hơn nếu nhìn cả quần thể như một cá thể duy nhất, vì khái niệm cá thể riêng lẻ trở nên mờ nhạt
  • Tiến hóa rốt cuộc cũng có xu hướng vận hành không phải ở từng cá thể riêng rẽ mà ở cấp độ các tiểu quần thể hay nhóm cận loài. Trong một tiểu quần thể có trao đổi sinh sản với nhau, nhiều biến thể gen khác nhau sẽ tích lũy dần, và khi môi trường thay đổi lớn thì những khác biệt tích lũy ấy có thể trở thành điểm phân nhánh sống còn. Ví dụ như voi rừng và voi đồng bằng: những quần thể bị cô lập lâu dài tiến hóa riêng, rồi khi môi trường thay đổi thì dẫn tới các kết quả khác nhau. Kiểu giải thích trong giờ sinh học phổ thông như “hươu cao cổ cổ dài sống sót vì ăn lá tốt hơn” vẫn có giá trị, nhưng trên thực tế tiến hóa diễn ra ở cấp độ toàn bộ quần thể hay loài. Miễn là không gây chết người, các biến dị ở từng cá thể riêng lẻ thường không tác động quá lớn

  • Ý là “sẽ hữu ích nếu xem cả quần thể là một cá thể”, nhưng liệu cũng có thể xem mỗi cá thể là những thực thể cùng chia sẻ một mục tiêu chung không?

• Cách nói rằng sinh học đang bị “thách thức” là không đúng; bản thân khái niệm loài cũng rất mơ hồ và chỉ là công cụ con người dùng để phân loại. Tự nhiên không hề có những ranh giới hay “đường nối” rõ ràng như thế
  • Sinh học rốt cuộc cũng là hệ khái niệm do con người đặt ra. Đọc phần bài báo thì nội dung là thế này: “Khái niệm loài cổ điển cho rằng một nhóm cá thể có đặc điểm hình thái/di truyền tương tự thì phải có khả năng sinh sản với nhau trong tự nhiên; nhưng ở đây cần tới hai loài khác nhau, nên cần suy nghĩ lại về khái niệm loài.” Bài báo không hề nói gì về “đường nối của tự nhiên” cả
• Một mặt thì nghe thật khó tin, nhưng nghĩ đến vô số cơ chế kỳ lạ trong sinh học thì cũng chưa đến mức điên rồ như vậy. Chẳng hạn có thể là tạo ra trứng, loại bỏ nhân của trứng, rồi đưa nhân của tinh trùng đã lưu trữ vào đó, một hoặc hai cái, để bắt đầu quá trình phát triển bản sao. Cơ chế chính xác vẫn đang được nghiên cứu. So ra thì còn có nấm tạo ra kiến zombie (Ophiocordyceps unilateralis), hay hiện tượng ký sinh ổ bằng cách ngụy trang thành trứng của loài chim khác (Brood parasitism). Thật ra so với các trường hợp đó thì trường hợp này còn bớt điên hơn một chút
• Thảo luận trước đó: bình luận Hacker News liên quan
• Điều này thường làm tôi nhớ tới kỳ giông Ambystoma. Chúng đều là con cái và sinh sản bằng cách “đánh cắp” tinh trùng của con đực thuộc 3 đến 4 loài khác nhau. Thường thì gen của con đực bị loại bỏ, nhưng đôi khi lại được hấp thụ để tạo ra phôi mang các bộ nhiễm sắc thể của nhiều loài. Vì thế con cháu của chúng có thể chứa gen của tối đa 4 loài. Một cơ chế thật đáng kinh ngạc
• Điều đặc biệt thú vị ở phát hiện này là trong thế giới kiến, chuyện một loài không thể tự sản xuất kiến thợ mà phải mượn tinh trùng của loài khác là điều khá thường gặp. Nhưng trong trường hợp đó, vì phải sinh sản với loài khác nên chúng chỉ có thể mở rộng trong phạm vi nơi loài kia sinh sống. Nếu có thể luôn mang theo con đực của loài đó bên mình để sinh sản thì chúng có thể mở rộng xa hơn. Loài này đúng là như vậy. Khi kiến chúa nhận tinh trùng từ loài “được thuần hóa”, nó loại bỏ gen của “vật chủ” là chính kiến chúa khỏi quả trứng để một con kiến hoàn toàn khác được sinh ra. Tuy nhiên, DNA ty thể thì luôn được truyền từ mẹ. Kiến đực “gia súc” và kiến đực “kiểu hoang dã” trông có hơi khác nhau, nhưng điều đó có phải do ty thể hay không thì vẫn chưa rõ. Có người từng gọi trường hợp này là “bào quan của siêu sinh vật”. Giống như tế bào nhân thực hình thành khi nuốt vi khuẩn, kiến cũng ôm lấy một loài khác để trở thành một kiểu lai ghép. Nghĩ đến việc còn bao nhiêu phương thức sinh sản và sinh tồn đa dạng khác nữa thật sự khiến thế giới này trở nên kỳ diệu
• Thật đáng kinh ngạc khi kiến chúa có thể đẻ ra ba kiểu: con cái lai, con đực Ibiricus và con đực structor. Tôi tò mò không biết đã có phân tích bộ nhiễm sắc thể chưa, và liệu gen của kiến chúa thật sự bị loại khỏi trứng hay chỉ là gen của structor đi vào rồi làm câm lặng gen của kiến chúa, mà chỉ riêng khả năng đó thôi cũng đã rất thú vị. Có thể đây là một hiện tượng phức tạp kiểu “imprinting”
  • Cứ như Zerg Queen ngoài đời thật
• Thế giới côn trùng đúng là kỳ diệu. Cách sinh vật này cùng tồn tại với tự nhiên cũng quá đặc biệt. Nếu không có côn trùng thì cũng chẳng có tự nhiên như chúng ta biết