Côn trùng thuộc nhóm những loài động vật đầu tiên xâm lấn mặt đất khoảng 400 triệu năm trước, và chúng đã biến đổi rất nhiều để đến giờ, chúng chiếm ba phần tư số lượng trong tất cả các loài động vật.
Theo một nghiên cứu mới, thành công này phụ thuộc phần lớn vào màng thanh dịch – màng giúp phôi côn trùng không thấm nước khi chúng phát triển bên trong trứng. Bằng cách loại bỏ về mặt di truyền màng thanh dịch từ phôi của bọ cánh cứng đỏ (Tribolium castaneum), Maurijn van der Zee và cộng sự tại Đại học Leiden, Hà Lan chỉ ra rằng màng thanh dịch rất quan trọng trong việc ngăn ngừa phôi khỏi bị khô hay trở nên sũng nước. Nghiên cứu này đã được công bố trong Kỷ yếu của Hội Hoàng gia B.
Màng thanh dịch tiết ra một lớp biểu bì cứng, lớp chitin không thấm bên dưới vỏ trứng. Trong một thí nghiệm trước đó, van der Zee đã sử dụng một kỹ thuật gọi là Can thiệp RNA (RNAi) để khóa hoạt động của gene Tc-zen1, gene này cần cho bọ cánh cứng đỏ tạo màng thanh dịch. Điều đáng ngạc nhiên là các phôi đã sống sót dù không có màng. Chris Jacobs, một tác giả khác của cuộc nghiên cứu tại Đại học Leiden nói rằng: “Điều đó làm cho chúng tôi đặt câu hỏi tại sao tất cả côn trùng đều nỗ lực tạo ra màng thanh dịch”,
Trứng chịu hạn có thể rất quan trọng cho các loài côn trùng như bọ cánh cứng đỏ dài 3mm phát triển mạnh trên mặt đất.
Không thấm nước
Nhưng phôi chỉ có thể sống sót trong những điều kiện lý tưởng của thí nghiệm này. Trong nghiên cứu mới, nhóm của Leiden một lần nữa khóa sự biểu hiện của Tc-zen1, và thử nghiệm phơi bày những quả trứng trong điều kiện thay đổi độ ẩm. Họ phát hiện ra rằng trong môi trường khô với độ ẩm dưới 5%, chỉ có 6% trứng mất màng thanh dịch nở so với con số 75% ở những trứng được đặt trong điều kiện thuận lợi hơn. Và trong môi trường cực kỳ ẩm ướt, phôi không có màng thanh dịch không thể phát triển vì trứng đã hấp thụ quá nhiều nước.
Jacobs phỏng đoán rằng sự tiến hóa của lớp màng thanh dịch đã cho phép những côn trùng cổ xưa có thể đẻ trứng bất cứ nơi nào trên mặt đất mà không bị hạn chế phải sống trong môi trường thủy sinh như họ hàng giáp xác. Về mặt này, màng thanh dịch giống như màng ối, một màng phôi cho phép vài động vật có xương sống phá vỡ mối ràng buộc với nước, trong khi họ hàng lưỡng cư thì không thể có được điều này. “Chinh phục đất liền chính là chống lại sự khô hạn”, Jacobs nói.
Art Woods, nhà sinh thái học sinh lý tại Đại học Montana, Missoula nói: “Đây là một chuỗi thí nghiệm khá khéo léo, giải thích rõ ràng chức năng của một cấu trúc thuộc côn trùng, tìm ra bí ẩn suốt một thời gian dài”.
Hầu như tất cả các loài côn trùng đều có màng thanh dịch, ngoại trừ những nhóm nguyên thủy như bọ bạc, và một nhóm ruồi phát triển tương đối gần đây bao gồm ruồi nhà và ruồi giấm, Drosophila melanogaster. Bởi vì nhiều tế bào phôi tham gia vào sự hình thành màng thanh dịch nên Jacobs phỏng đoán rằng những con ruồi mất màng thanh dịch là sự thích nghi cho sự tăng trưởng nhanh hơn. Ông nói: “Nếu bạn không phải tạo màng thanh dịch, bạn có gấp hai lần tế bào để tạo ra phôi, nên bạn có thể phát triển nhanh hơn”. Những con ruồi này đẻ trứng trong môi trường ẩm ướt như đất, thực phẩm, rau thối rữa hay mô sống.
Những động vật chân đốt khác sống trên cạn, thuộc nhóm phân loại lớn hơn côn trùng và động vật giáp xác, thiếu màng thanh dịch hoặc đẻ trứng trong môi trường ẩm ướt hoặc liên quan đến sự thích nghi khác. Ví dụ như trứng nhện được bọc trong tơ; bọ cạp thì sinh con… Vì sự không giới hạn như vậy, côn trùng được tự do khai thác tất cả hốc hách trên mặt đất.
Nhưng Woods nói rằng màng thanh dịch dường như không thích hợp cho một “lời giải thích trúng đích cho sự thành công của côn trùng”. Côn trùng có vòng đời phức tạp với nhiều giai đoạn, và công cuộc chinh phục mặt đất của chúng có thể liên quan đến những thay đổi đáng kể trong tất cả những giai đoạn này. Các yếu tố khác chẳng hạn như sự bay và sự đồng tiến hóa với thực vật có hoa có lẽ cũng đóng vai trò quan trọng.
Nguyễn Thị Mỹ Phước
ntmphuoc@hcmus.edu.vn
Nguồn: http://www.nature.com/news/waterproof-eggs-let-insects-conquer-dry-land-1.13217
