Bí mật về một cuộc sống lâu dài

Nữ hoàng mối hay mối chúa thuộc loài Macrotermes bellicosus đẻ khoảng 20.000 trứng mỗi ngày, nhưng vẫn có thể sống đến 20 năm. Nguồn: Judith Korb.

Một quy luật thông thường trong giới động vật đó là: nhiều con cái đồng nghĩa với một cuộc sống ngắn ngủi – Nếu bạn sinh đẻ càng ít, bạn càng sống lâu. Tuy nhiên, dường như những loài côn trùng sống theo kiểu cộng đồng có thể trốn thoát khỏi số phận này. Phương thức để chúng làm được điều này đã được tiết lộ bởi một nhóm các nhà khoa học thuộc Viện Nghiên cứu Động vật học tại Đại học Freiburg, họ đã lựa chọn loài mối Macrotermes bellicosus để làm mô hình nghiên cứu.

Giáo sư – Tiến sĩ Sinh vật học Judith Korb công tác tại Đại học Freiburg cho biết: “Những con mối chúa thuộc giống Macrotermes là những động vật sống trên cạn có khả năng sinh sản thành công nhất”. Mối chúa đẻ liên tục khoảng 20.000 quả trứng mỗi ngày. Nhưng chúng vẫn có thể sống đến 20 năm. Các mối thợ thuộc loài này có cùng một bộ gene giống như mối chúa, nhưng không có khả năng sinh sản và chỉ sống được trong vài tháng. Giáo sư Judith Korb cùng với nghiên cứu sinh Daniel Elsner và Tiến sĩ Karen Meusemann đã tìm ra bằng chứng để giải thích tại sao mối chúa và mối vua – không giống như mối thợ – gần như không trở nên già. Nhóm nghiên cứu đã công bố kết quả nghiên cứu của họ trên tạp chí khoa học Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Một xã hội cộng sinh

GS. Korb đã nghiên cứu loài Macrotermes bellicosus từ khi bà còn thực hiện luận án tiến sĩ. Loài mối này sống ở một thảo nguyên thuộc khu vực phía tây Châu Phi và có thể xây dựng những tổ mối cao hàng mét. Chúng là một xã hội có tổ chức với sự phân công lao động rõ ràng, điều giúp chúng được gọi là xã hội cộng sinh, trong đó: mối chúa và mối vua chịu trách nhiệm cho việc sinh sản, mối lính bảo vệ quần thể, mối thợ xây dựng tổ và thu thập cỏ, lá để sử dụng làm thức ăn cho loài nấm mà chúng trồng trong các “khu vườn” được xây dựng đặc biệt, nơi giúp phân huỷ các hợp chất phức tạp từ thực vật và do đó giúp gia tăng nồng độ nitơ. Bởi nito là một nguồn dinh dưỡng quan trọng cho mối, nó làm hạn chế sự phát triển của quần thể mối nếu số lượng không đủ để sử dụng. Do loài nấm được mối trồng cực kỳ nhạy cảm nên nhiệt độ bên trong tổ mối phải luôn được duy trì ở khoảng 30^oC.

Để tìm ra bí ẩn về một cuộc sống lâu dài, nhóm nghiên cứu tại Đại học Freiburg đã so sánh thông tin di truyền ở dạng đang hoạt động ở những con mối trẻ và già – riêng biệt đối với các mối chúa, mối vua và mối thợ. Giáo sư Korb cho biết: “Chúng tôi rất ngạc nhiên bởi kết quả thu được. Chúng tôi gần như không tìm thấy bất kỳ khác biệt nào giữa các cá thể già và trẻ đối với các mối chúa và các mối vua, nhưng đối với các mối thợ, có những khác biệt cực kỳ lớn”. Daniel Elsner cho biết thêm: “Một nhóm nhỏ các gene được điều hoà khác nhau ở các mối chúa và các mối vua không liên quan đến quá trình lão hoá, mặc dù chúng chênh lệch 5 năm về tuổi tác. Trái lại, ở các mối thợ già hơn một vài tháng tuổi có đến hàng ngàn gene được biểu hiện khác biệt so với các mối thợ trẻ. Không giống như mối chúa và mối vua, nhiều gene trong số các gene đang hoạt động này ở mối thợ già được gọi là các yếu tố di động (transposable element). Những yếu tố này được biết đến như là các  “gene nhảy” (jumping gene): chúng sao chép độc lập với bộ gene, chèn vào các vị trí khác nhau trên bộ gene, và vì vậy có thể gây ra các sai hỏng, ví dụ, bằng cách bất hoạt các gene khác. Giáo sư Korb cho biết: “Chúng tôi đã biết thông qua các mô hình sinh vật khác rằng gene nhảy có thể liên quan đến quá trình lão hoá. Nhưng câu hỏi là: tại sao chúng lại không hoạt động ở mối chúa và mối vua?”

Sự bất hoạt chức năng của các gene nhảy

Kết quả của nhóm nghiên cứu đề xuất rằng khái niệm xã hội cộng sinh đã đưa ra một lời giải thích. Ở sinh vật đa bào, dòng tế bào sinh dục (germline) chịu trách nhiệm cho quá trình sinh sản. Các gene nhảy có thể gây ra nhiều hư hại ở đây: chúng có thể làm cho con cái không thể tồn tại được. Do đó bên trong các tế bào thuộc dòng tế bào sinh dục, có những con đường tín hiệu giúp làm mất đi chức năng của các gene nhảy. “Chúng tôi đã phát hiện ra rằng “con đường tín hiệu piRNA” bị giảm biểu hiện ở các mối thợ già thuộc loài Macrotermes bellicosus, nhưng không xảy ra ở mối chúa và mối vua”, giáo sư Korb cho biết. Phép so sánh tương đồng dường như vẫn đúng: trong xã hội cộng sinh, mối chúa và mối vua đảm nhiệm vai trò của dòng tế bào sinh dục với ít khiếm khuyết di truyền nhất có thể. Trong khi đó, mối thợ đại diện cho các tế bào khác của cơ thể, đó là các tế bào có thể được thay thế và do đó “được phép” lão hóa. Xét cho cùng, có thể do quá tốn kém năng lượng đến nỗi không thể duy trì con đường tín hiệu piRNA hoạt động lâu dài trong tất cả các tế bào của một sinh vật – hay trong tất cả các cá thể của một quần thể.

Tiếp theo, nhóm nghiên cứu muốn thực hiện các thí nghiệm để tìm hiểu xem liệu mối liên kết đã được xác định này có phải là nguyên nhân hay không. Giáo sư Korb cho biết: “Chúng tôi sẽ làm giảm biểu hiện con đường tín hiệu piRNA ở mối chúa trong phòng thí nghiệm, và chúng tôi dự đoán rằng các con mối chúa cũng sẽ trở nên già”. Các nhà khoa học này cũng muốn thực hiện nghiên cứu ở các loài mối sống trong các cộng đồng ít phức tạp hơn – với mục đích kiểm tra một trong các giả thuyết chính của họ: “Một loài càng có tính chất cộng đồng hay càng có sự phân công công việc càng rõ ràng thì chúng càng thành công trong việc thoát khỏi mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa khả năng sinh sản và tuổi thọ”.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/05/180508111727.htm