Các Steroid nguyên thủy giải quyết bí ẩn về cách thức các dạng sống phức tạp đầu tiên được tiến hóa như thế nào

Ảnh về sinh vật nhân chuẩn (hay còn gọi là vi sinh vật có nhân chính thức hay sinh vật nhân thực) lâu đời nhất, sinh vật đơn bào sống trên thảm vi sinh vật trong đại dương

Các steroid này được tạo ra bởi các sinh vật có nhân chính thức (hay còn gọi là sinh vật nhân thực hoặc sinh vật nhân chuẩn), được xác định bởi có các tế bào có nhân và các tế bào quan bên trong được màng bao bọc. Sinh vật có nhân chính thức hiện đại bao gồm thực vật, nấm và động vật. Ngược lại, sinh vật chưa có nhân điển hình (hay sinh vật nhân nguyên thủy) - vi khuẩn và vi khuẩn cổ - đều thiếu những đặc điểm này. Dựa trên dữ liệu phân tử, các nhà nghiên cứu cho biết rằng sinh vật có nhân chính thức đơn bào đã tiến hóa lần đầu tiên cách đây ít nhất 2 tỷ năm, nhưng có rất ít dữ liệu hóa thạch về những ngày đầu tiên của chúng.

Điều khó hiểu là các steroid mà sinh vật có nhân chính thức tạo ra như một phần của màng của chúng không xuất hiện trong các dữ liệu hóa thạch cho đến khoảng 800 triệu năm trước. Tổ tiên chung cuối cùng của sinh vật có nhân chính thức hiện đại, bao gồm cả con người ngày nay, đã sống cách đây khoảng 1,2 tỷ năm và chắc chắn đã sản xuất ra các steroid này, dẫn đến sự nhầm lẫn về lý do tại sao chúng không xuất hiện trong đá cổ đại.

Giờ đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra các tiền chất từ các bước đầu tiên trong quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Nhóm tác giả nghiên cứu dẫn đầu là Giáo sư Jochen Brocks tại Trường Nghiên cứu Khoa học Trái đất thuộc Đại học Quốc gia Úc đã công bố kết quả của họ ngày 7 tháng 6 vừa qua trên tạp chí Nature. Giáo sư Jochen Brocks cho biết: “Nó giống như đi ngang qua một thứ gì đó hiển nhiên hàng ngày nhưng không 'nhìn thấy' nó. Nhưng một khi bạn biết nó trông như thế nào, bạn đột nhiên thấy nó ở khắp mọi nơi."

Thế giới sinh vật có nhân chính thức

Sau khi các nhà nghiên cứu hiểu được phân tử nào là cái cần tìm, họ đã tìm thấy chúng trên khắp các loại đá trầm tích từ có niên đại từ 1 tỷ đến 1,6 tỷ năm về trước. Điều đó làm thay đổi bức tranh về những gì mà các nhà nghiên cứu tin về sự phong phú ban đầu của sinh vật có nhân chính thức.

Giáo sư Jochen Brocks cho biết: “Trước đây chúng tôi nghĩ rằng sinh vật có nhân chính thức có số lượng rất thấp hoặc bị hạn chế ở những môi trường cận biên nơi chúng tôi không thể tìm thấy các hóa thạch phân tử. Bây giờ có vẻ như các dạng nguyên thủy hơn có thể khá phong phú ngay cả trong môi trường sống ở biển.”

Các hợp chất steroid ban đầu được tìm thấy trong các đá hình thành dưới đáy đại dương cổ đại, hiện đã lộ ra trên đất liền ở lãnh thổ phía Bắc của Úc. Khi các nhà nghiên cứu mở rộng cuộc săn tìm những tảng đá hàng tỷ năm tuổi trên toàn cầu, họ đã tìm thấy dấu vết của các steroid và các tuyến đường thủy cổ đại từ khắp nơi trên thế giới, bao gồm cả ở Tây Phi, Scandinavia và Trung Quốc.

Giáo sư Jochen Brocks cho biết, các mẫu cổ nhất có niên đại 1,64 tỷ năm. Tuy nhiên các nhà khoa học vẫn chưa tìm thấy những tảng đá lâu đời hơn được bảo quản đủ tốt để phân tích. Hiện vẫn có một khoảng trống trong hồ sơ dữ liệu về khoảng từ 1 tỷ đến 800 triệu năm trước, bởi vì rất ít đá biển ở giai đoạn đó vẫn còn tồn tại. Thời kỳ đó nằm ngay đúng vào lúc đỉnh điểm của sự xuất hiện của sinh vật có nhân chính thức hiện đại, vì vậy điều quan trọng là phải lấp đầy những khoảng trống đó.

Sự đổi mới tiến hóa

Laura Katz, nhà sinh vật học nghiên cứu sự tiến hóa của sinh vật có nhân chính thức thuộc Đại học Smith, nhưng không tham gia vào nghiên cứu, đánh giá kết quả nghiên cứu mới trên là một "bước tiến đáng kể" trong việc bổ sung dữ liệu còn thiếu về sinh vật nhân chuẩn sơ khai. Laura Katz cho hay, nghiên cứu mới đã giúp chúng tôi hiểu rõ hơn được những sinh vật có nhân chính thức ban đầu và chúng có thể trông như thế nào.

Andrew Roger, nhà sinh học phân tử tại Đại học Dalhousie ở Canada không tham gia nghiên cứu, nhấn mạnh, những sinh vật này tiến hóa trong một môi trường rất khác so với môi trường ngày nay. Đặc biệt bầu khí quyển của Trái đất không chứa hàm lượng oxy đáng kể cho đến 2,4 tỷ năm trước và không đạt đến mức oxy như hiện đại cho đến 650 triệu năm trước.

Laura Katz nhận định, mức độ oxy trong khí quyển có thể đóng một vai trò quan trọng trong thời điểm tiến hóa của sinh vật có nhân chính thưc, do hầu hết sinh vật có nhân chính thức sử dụng oxy trong quá trình trao đổi chất của chúng. Thậm chí có khả năng các steroid mới phát triển đã cho phép những sinh vật có nhân chính thức ban đầu này di chuyển vào môi trường mới giàu oxy.

Nguồn tin: https://www.livescience.com

Xử lý tin: Minh Tâm