DNA cổ nhất thế giới tiết lộ "sự trỗi dậy" của loài động vật khổng lồ 12 tấn

Hình minh họa mô tả sự tái tạo của những con voi ma mút thảo nguyên trước loài voi ma mút lông xoăn, dựa trên kiến ​​thức di truyền mà chúng ta hiện có từ loài voi ma mút Adycha. Nguồn: Beth Zaiken / CPG.

Một nhóm nghiên cứu quốc tế do các nhà khoa học tại Trung tâm Di truyền cổ ở Stockholm (Thụy Điển) dẫn đầu đã giải mã trình tự DNA thu hồi từ hài cốt voi ma mút có tuổi đời lên đến 1,2 triệu năm.

Các phân tích cho thấy voi ma mút Colombia sinh sống ở Bắc Mỹ trong thời kỳ băng hà cuối cùng là con lai giữa voi ma mút lông xoăn và một dòng voi ma mút chưa từng được biết đến trước đây.

Ngoài ra, nghiên cứu cũng cung cấp những hiểu biết mới về thời điểm và tốc độ thích nghi của voi ma mút với khí hậu lạnh.

Khoảng một triệu năm trước, Trái Đất chưa có loài voi ma mút lông xoăn (còn gọi là ma mút lãnh nguyên, danh pháp khoa học: Mammuthus primigenius); hay loài ma mút Colombia (danh pháp khoa học: Mammuthus columbi), vì chúng chưa tiến hóa.

Loài voi ma mút thảo nguyên cổ đại chính là tổ tiên của chúng. Các nhà nghiên cứu hiện đã tìm cách phân tích bộ gen của ba loài voi ma mút cổ đại, sử dụng DNA thu hồi từ răng của voi ma mút đã bị chôn vùi từ 0,7-1,2 triệu năm trong lớp băng vĩnh cửu ở Siberia.

Đây là lần đầu tiên DNA được giải trình tự và xác thực từ các mẫu vật hàng triệu năm tuổi, và việc trích xuất DNA từ các mẫu này là một thách thức. Các nhà khoa học nhận thấy rằng chỉ một lượng nhỏ DNA còn lại trong các mẫu và chúng đã bị phân hủy thành các đoạn rất nhỏ.

Love Dalén, Giáo sư về di truyền học tiến hóa tại Trung tâm Di truyền học cổ ở Stockholm, cho biết: "DNA này rất cổ. Các mẫu vật này cổ hơn hàng nghìn lần so với di vật của người Viking, và thậm chí có trước sự tồn tại của con người và người Neanderthals".

Tuổi của các mẫu vật được xác định bằng cách sử dụng cả dữ liệu địa chất và đồng hồ phân tử. Cả hai loại phân tích này đều cho thấy rằng hai trong số các mẫu vật có tuổi đời hơn 1 triệu năm, trong khi mẫu thứ ba khoảng 700.000 năm tuổi và đại diện cho một trong những loài voi ma mút lông xoăn sớm nhất được biết đến.

Nguồn gốc bất ngờ của voi ma mút Colombia

Phân tích bộ gen cho thấy mẫu vật cổ nhất, khoảng 1,2 triệu năm tuổi, thuộc về một dòng gen ma mút chưa từng được biết đến trước đây. Các nhà nghiên cứu gọi đây là voi ma mút Krestovka, tên dựa trên khu vực nơi nó được tìm thấy. Kết quả cho thấy voi ma mút Krestovka đã tách ra khỏi các loài voi ma mút Siberia khác hơn 2 triệu năm trước.

"Điều này hoàn toàn gây bất ngờ cho chúng tôi. Tất cả các nghiên cứu trước đây đều chỉ ra rằng chỉ có một loài voi ma mút duy nhất ở Siberia vào thời điểm đó, được gọi là voi ma mút thảo nguyên. Nhưng các phân tích DNA của chúng tôi hiện cho thấy có 2 dòng di truyền khác nhau, mà ở đây chúng tôi gọi là voi ma mút Adycha và voi ma mút Krestovka. Chúng tôi chưa thể nói chắc chắn, nhưng chúng tôi nghĩ rằng chúng có thể đại diện cho hai loài khác nhau" - Tom van der Valk, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Mẫu răng của loài voi ma mút Krestovka. Nguồn: CPG

Các nhà nghiên cứu cũng cho rằng đó là loài voi ma mút thuộc dòng dõi Krestovka đã "thống trị" Bắc Mỹ khoảng 1,5 triệu năm trước. Ngoài ra, các phân tích cho thấy voi ma mút Colombia sinh sống ở Bắc Mỹ trong kỷ băng hà cuối cùng, là một con lai. Gần một nửa bộ gen của nó đến từ dòng dõi Krestovka và nửa còn lại từ loài voi ma mút lông xoăn.

"Đây là một khám phá quan trọng. Có vẻ như voi ma mút Colombia, một trong những loài biểu tượng nhất của Kỷ Băng hà ở Bắc Mỹ, đã tiến hóa thông qua một cuộc lai tạo diễn ra khoảng 420.000 năm trước" - Đồng tác giả Patrícia Pečnerová cho biết.

Tiến hóa và thích nghi ở voi ma mút lông xoăn

Bộ gen hàng triệu năm tuổi thứ hai, từ loài voi ma mút Adycha, dường như là tổ tiên của loài voi ma mút lông xoăn.

Do đó, các nhà nghiên cứu có thể so sánh bộ gen của nó với bộ gen của một trong những loài voi ma mút lông xoăn sớm nhất được biết đến sống cách đây 0,7 triệu năm, cũng như với bộ gen của voi ma mút chỉ vài nghìn năm tuổi. Điều này giúp các nhà khoa học có thể điều tra làm thế nào voi ma mút thích nghi với cuộc sống trong môi trường lạnh giá và mức độ thích nghi này đã phát triển trong quá trình hình thành loài. Chứng tỏ, loài động vật khổng lồ này đã "trỗi dậy" mạnh mẽ như thế nào trong hàng triệu năm qua dưới thời tiết lạnh cùng cực thế nào.

Các phân tích cho thấy rằng các biến thể gen liên quan đến cuộc sống ở Bắc Cực, chẳng hạn như mọc lông, điều hòa nhiệt độ, tích tụ chất béo, khả năng chịu lạnh và nhịp sinh học, đã xuất hiện ở loài voi ma mút triệu năm tuổi, rất lâu trước nguồn gốc của loài voi ma mút lông xoăn.

Những kết quả này chỉ ra rằng hầu hết các thích nghi trong dòng dõi voi ma mút diễn ra từ từ và dần dần theo thời gian.

"Các phân tích của chúng tôi cho thấy hầu hết các khả năng thích nghi với thời tiết lạnh đều đã có ở tổ tiên của loài voi ma mút lông xoăn và chúng tôi không tìm thấy bằng chứng nào cho thấy quá trình chọn lọc tự nhiên diễn ra nhanh hơn trong quá trình hình thành loài", đồng tác giả David Díez-del-Molino cho biết.

Giống như họ hàng hiện đại của chúng, voi ma mút khá lớn. Các loài lớn nhất được biết đến đạt chiều cao 4 m và trọng lượng lên đến 8 tấn, một số con đực đặc biệt lớn có thể nặng hơn 12 tấn.

Nghiên cứu trong tương lai

Kết quả mới mở ra cánh cửa cho một loạt các nghiên cứu trong tương lai về các loài khác.

Love Dalén và đồng tác giả Patrícia Pečnerová với một ngà voi ma mút trên đảo Wrangel (Bắc Băng Dương). Ảnh: Gleb Danilov

Khoảng một triệu năm trước là thời kỳ mà nhiều loài sinh vật phát triển trên toàn cầu. Đây cũng là khoảng thời gian có những thay đổi lớn về khí hậu và mực nước biển, cũng là lần cuối cùng các cực từ của Trái Đất thay đổi vị trí. Do đó, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng các phân tích di truyền trên quy mô thời gian này có tiềm năng lớn để khám phá một loạt các câu hỏi khoa học.

"Một trong những câu hỏi lớn hiện nay là chúng ta có thể quay ngược thời gian bao xa. Chúng tôi vẫn chưa đạt đến giới hạn lâu nhất. Dự kiến, chúng ta có thể khôi phục DNA đã hai triệu năm tuổi, và thậm chí có thể quay trở lại xa tới 2,6 triệu. Trước đó, không có lớp băng vĩnh cửu nào mà DNA cổ đại có thể được bảo tồn" - Anders Götherström, Giáo sư khảo cổ học phân tử và trưởng nhóm nghiên cứu tại Trung tâm Cổ sinh vật học, cho biết.

Những phát hiện này được công bố ngày 17 tháng 2 năm 2021 trên tạp chí Nature.