Bản đồ phân tử của não rồng làm sáng tỏ về sự tiến hóa của não bộ

STNN - Ngày nay, nhiều người biết đến những con rồng trong phim “Trò chơi vương quyền” (Game of Thrones) và chắc hẳn chúng khiến mọi người phải khiếp sợ nếu xuất hiện ở ngoài đời thật. Nhưng những con rồng Úc lại đang cung cấp những kiến thức quan trọng về quá trình tiến hóa não của động vật có xương sống. 

• Những mối đe dọa mà con người có thể gây ra đối với động vật trong cảnh quan nông nghiệp

Bản đồ phân tử của não rồng Úc làm sáng tỏ hơn 300 triệu năm tiến hóa não bộ. Điều này được tiết lộ bởi công trình của các nhà khoa học Max Planck về não của loài rồng râu Pogona Vittices của Úc. Quá trình tiến hóa của động vật có xương sống đã có một bước ngoặt lớn cách đây 320 triệu năm khi động vật bốn chân (bốn chi) đầu tiên chuyển từ nước sang đất liền, cuối cùng tạo ra ba nhánh chính: bò sát, chim (một nhánh của nhánh bò sát) và động vật có vú. Do có chung tổ tiên, bộ não của tất cả các động vật bốn chân đều có chung cấu trúc cơ bản được hình thành trong quá trình phát triển ban đầu. Tuy nhiên, các biến thể trên các cấu trúc cơ thể phổ biến này đóng góp như thế nào vào các thuộc tính cụ thể của nhánh vẫn chưa rõ ràng.

Các nhà thần kinh học tại Viện nghiên cứu não Max Planck ở Frankfurt đã giải quyết câu hỏi này bằng cách tạo ra một bản đồ phân tử của não rồng và so sánh nó với bản đồ từ chuột. Phát hiện của họ cho thấy rằng, trái ngược với niềm tin phổ biến rằng bộ não của động vật có vú bao gồm bộ não "bò sát" cổ đại được bổ sung các đặc điểm mới của động vật có vú, cả bộ não của loài bò sát và động vật có vú đều phát triển các loại và mạch thần kinh đặc trưng của nhánh của chúng, từ một tổ tiên chung.

Gilles Laurent, Giám đốc Viện nghiên cứu, người đứng đầu nghiên cứu mới được công bố trên Tạp chí Science cho biết: "Ví dụ, các vùng não riêng biệt không hoạt động biệt lập, cho thấy rằng sự tiến hóa của các vùng liên kết với nhau, chẳng hạn như đồi thị và vỏ đại não, theo một cách nào đó có thể có mối tương quan với nhau. Ngoài ra, một vùng não ở loài bò sát và động vật có vú có nguồn gốc từ một điểm chung." Cấu trúc tổ tiên có thể đã phát triển theo cách tổ tiên di truyền lại, trong khi nó vẫn là "hiện đại" ở nhánh kia. Ngược lại, có thể cả hai nhánh hiện nay đều chứa đựng sự kết hợp giữa chung (cổ xưa) và đặc biệt (hiện đại). Laurent cho nói: "Các loại tế bào thần kinh - đây là những loại câu hỏi mà các thí nghiệm của chúng tôi đã cố gắng giải quyết".

Trong khi các phương pháp truyền thống để so sánh các vùng phát triển và hình chiếu trong não không có độ phân giải cần thiết để tiết lộ những điểm tương đồng và khác biệt này, Laurent và nhóm của ông đã sử dụng phương pháp phiên mã tế bào.

Sử dụng một kỹ thuật gọi là giải trình tự RNA đơn bào để phát hiện một phần lớn các phân tử RNA (bản phiên mã) có trong các tế bào đơn lẻ, các nhà khoa học đã tạo ra một tập bản đồ loại tế bào trong não của loài rồng râu Úc Pogona vitticeps và so sánh nó với chuột hiện đại bộ dữ liệu não.

Các nhà nghiên cứu đã so sánh phiên mã cho thấy các loại tế bào thần kinh có những điểm chung. Ông David Hain, nghiên cứu sinh tại Phòng thí nghiệm Laurent và cũng là đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi đã phân tích hơn 280.000 tế bào từ não của rồng Pogona và xác định được 233 loại tế bào thần kinh riêng biệt. Việc tích hợp tính toán dữ liệu của chúng tôi với dữ liệu chuột cho thấy những tế bào thần kinh này có thể được nhóm lại theo phiên mã trong các họ chung, có thể đại diện cho các loại tế bào thần kinh nguyên thủy”. Ngoài ra, ông còn phát hiện ra rằng, hầu hết các vùng của não đều chứa hỗn hợp các loại tế bào thần kinh phổ biến (cổ xưa) và đặc biệt (mới).

Nghiên cứu sinh Tatiana Gallego-Flores đã sử dụng các kỹ thuật mô học để lập bản đồ các loại tế bào này trong toàn bộ não rồng và quan sát thấy rằng, các tế bào thần kinh ở đồi thị có thể được nhóm lại thành hai miền phiên mã và giải phẫu, được xác định bởi khả năng kết nối của chúng với các vùng khác của não. 

Bởi vì các vùng được kết nối này có nhiệm vụ khác nhau ở động vật có vú và bò sát, nên một trong những vùng này rất khác nhau, do đó việc so sánh các bản phiên mã đồi thị của hai vùng này tỏ ra rất thú vị. Thật vậy, nó tiết lộ rằng sự phân kỳ phiên mã phù hợp với các vùng mục tiêu. Điều này cho thấy rằng bản sắc phiên mã tế bào thần kinh phần nào phản ánh, ít nhất một phần, khả năng kết nối tầm xa của một khu vực với các mục tiêu của nó. Vì chúng ta không có bộ não của động vật có xương sống cổ đại nên việc tái tạo lại quá trình tiến hóa của bộ não trong nửa tỷ năm qua sẽ yêu cầu kết nối các dữ liệu phân tử, phát triển, giải phẫu và chức năng rất phức tạp với nhau theo cách tự nhất quán. Chúng ta đang sống trong thời kỳ rất thú vị, bởi vì điều này đang trở nên khả thi", Laurent kết luận.

Hoàng Sơn (Theo Scienedaily)