Một nghiên cứu cho thấy một loại virus cổ xưa có thể đã mang lại cho động vật công cụ để trở nên nhanh nhẹn, phối hợp và thông minh.

Theo một bài báo xuất bản hôm thứ Năm trên tạp chí Cell, các hệ thống thần kinh phức tạp đã xuất hiện từ xa xưa sau khi virus chèn các đoạn mã vào bộ gen của động vật có xương sống – động vật có dây cột sống, từ con người, ếch đến cá hồi.

Bản thân cuộc “xâm lược” này là bình thường; Việc chèn mã như vậy là phương pháp chính được sử dụng bởi virus – vốn không có khả năng tự sinh sản nếu không có sự hỗ trợ của tế bào được bảo vệ – để buộc các tế bào thực hiện lệnh của chúng.

Nhưng trong trường hợp này, các tế bào đã biến đổi mã mới để đạt được mục tiêu riêng của chúng, một động lực mà các nhà khoa học cũng đã tìm ra nguồn gốc của các hoạt động cơ bản của động vật như thụ tinh và mang thai.

Đồng tác giả Tanay Ghosh từ Viện Khoa học Cambridge cho biết: “Các tế bào bị bệnh và các tế bào nghĩ: ‘Chúng ta có thể sử dụng trình tự này cho mục đích riêng của mình’.

Các đoạn mã mới được tiêm đã giúp điều khiển bộ máy tế bào sản xuất myelin, một lớp vỏ bảo vệ xung quanh các tế bào thần kinh giúp tăng tốc độ truyền tín hiệu điện cung cấp năng lượng cho hệ thần kinh của chúng ta.

Myelin trong hệ thần kinh của chúng ta hoạt động giống như lớp nhựa cách điện bao phủ cáp quang: bằng cách chặn khả năng tín hiệu thoát qua thành dây (hoặc sợi thần kinh), nó cho phép tín hiệu đó được truyền nhanh hơn và tốn ít thời gian hơn. lỗi.

Về mặt tiến hóa, đặc tính này cho phép tạo ra các hiệu ứng mạnh mẽ khác.

Bởi vì myelin cho phép các dây thần kinh di chuyển nhanh hơn nên nó cũng cho phép các hình thức giao tiếp đồng thời mới. Điều này đã cho phép sự phát triển của các mạng lưới thần kinh phức tạp được đặc trưng bởi nhiều kết nối hơn và nhiều tương tác hơn trong một không gian nhất định. (Mặc dù không phải tất cả tế bào thần kinh đều có vỏ myelin, nhưng các tế bào thực hiện chức năng đó—đặc biệt là trong chất trắng của não và tủy sống—được tìm thấy ở những khu vực có tốc độ và mật độ kết nối rất quan trọng.)

Ghosh nói: “Nếu không có những tín hiệu nhanh hơn này, “tất cả các cơ chế săn mồi – tất cả sự đa dạng to lớn này – sẽ không phát triển”.

Nghiên cứu của nhóm phát hiện ra rằng việc lây nhiễm virus mã hóa myelin đến tổ tiên của động vật có xương sống có thể xảy ra nhiều lần, do họ virus có liên quan chặt chẽ đã sửa đổi bộ gen của tổ tiên của các loài cá, động vật lưỡng cư và động vật có vú ngày nay – mỗi loại đều sử dụng lại dòng mã mới. Để xây dựng sự phức tạp.

Điều này đòi hỏi một vũ điệu tiến hóa phức tạp. Nhiễm virus không mã hóa việc sản xuất myelin, nhưng một đột biến khác thì có. Thay vào đó, nó giúp các protein đọc và giải thích bộ gen liên kết với vùng cụ thể nơi có thể tìm thấy hướng dẫn myelin.

Các nhà khoa học biết điều này bởi vì một số động vật có xương sống đơn giản – chẳng hạn như cá mút biển – có đột biến myelin nhưng không có phần bổ sung này trong bộ gen virus. Hệ thống thần kinh tương đối đơn giản của cá mút đá biển cũng không chứa myelin. Ghosh so sánh hệ thống thần kinh nguyên thủy này với một dàn nhạc đang chờ bắt đầu chơi. “Tất cả các nhạc cụ đều ở đó, nhưng chúng cần một bộ kích hoạt. Đàn violin – hay virus.

Ghosh nhấn mạnh rằng những loại virus cổ xưa này không có ý định thay đổi cấu trúc vật chủ của chúng. Thay vào đó, cách buổi lễ tiến hóa này diễn ra cho thấy điều gì đó về tế bào mà người bình thường thường bỏ qua.

“Tế bào rất thông minh,” ông nói. “Họ có rất nhiều cơ chế mà chúng tôi không hiểu – chúng tôi không biết họ làm mọi thứ như thế nào. Đôi khi chúng tôi nói rằng họ quá thông minh so với chúng tôi.

Theo một nghĩa rất thực tế, từ “tế bào” – bắt nguồn từ khám phá thế kỷ 17 rằng các mô thực vật và động vật được tạo thành từ những thứ trông giống như những chiếc hộp nhỏ – không thực sự nắm bắt được sự phức tạp trong cách tế bào diễn giải và tương tác với từng khía cạnh. Từ môi trường của họ. Ghosh cho biết, một hộp gồm các phân tử nhỏ và các cơ quan được nhồi nhét trong một lớp mỡ siêu nhỏ sẽ không đủ để tạo thành một tế bào. “Chắc chắn bạn phải có nhiều thứ khác.”

Sự phức tạp này thể hiện rõ ở nhiều lĩnh vực: trong các phương tiện hiệu quả cao mà tế bào sử dụng để tạo ra và duy trì các hệ thống cung cấp năng lượng cho cơ thể chúng ta, cũng như trong khả năng tự điều chỉnh chính xác của chúng để tìm và sửa lỗi trong mã của chúng. Tất cả những điều này chỉ ra ý tưởng rằng tế bào không giữ lại chất thải, Ghosh nói. “Nếu có thứ gì họ không cần, họ sẽ vứt nó đi.”

Ý tưởng này có ý nghĩa sâu sắc đối với toàn bộ bộ gen của con người. Khoảng 8 phần trăm Theo Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia, bao gồm các chuỗi mã virus cổ xưa này được tiêm vào.

Phần lớn mã này cũng có thể có chức năng hoặc được động vật tái sử dụng để làm những việc mới, nhiều mã trong số đó gần gũi một cách đáng ngạc nhiên. Ví dụ, DNA có nguồn gốc từ virus. Giúp hình thành nhau thaimang bào thai ở hầu hết các loài động vật có vú – cũng như A Cấu trúc tương tự ở thú có túiVà cái khác Ở một loài thằn lằn nào đó Mà sinh ra để người trẻ được sống.

Con người và các loài linh trưởng khác cũng sử dụng DNA virus được tái sử dụng để giúp điều hòa hormone Điều gì kiểm soát thời gian sinh. Ở đầu bên kia của quá trình mang thai, DNA virus dường như kiểm soát công tắc quan trọng giúp các tế bào mới được thụ tinh của thai nhi chuyển từ trạng thái có thể hình thành bất kỳ cấu trúc nào – kể cả những cấu trúc bên ngoài cơ thể thai nhi, chẳng hạn như chính nhau thai – sang trở thành Được thiết kế để xây dựng chính bào thai. (Giai đoạn này xảy ra vài ngày sau khi thụ tinh, khi phôi một tế bào mới phân chia liên tục để tạo thành phôi nang gồm vài trăm tế bào.)

Để những thay đổi này đến với chúng ta, chúng không thể chỉ xảy ra trong cơ thể của từng loài động vật. Bằng cách nào đó họ phải tìm được đường tới “dòng mầm bệnh”: Có khả năng tiến bộ bất tử Tế bào tinh trùng và trứng mã hóa – và vận chuyển – các tế bào tạo nên cơ thể con người.

Ghosh lưu ý rằng quá trình lây nhiễm, tái sử dụng và biến đổi này không chỉ giới hạn trong lịch sử cổ xưa của loài người mà nó vẫn đang tiếp diễn và chưa rõ kết quả trong tương lai. Ghosh nói: “Trong tương lai, nhiều điều có thể xảy ra với DNA của chúng ta – chúng ta không biết được”.

“Sự tiến hóa còn lâu dài,” ông nói. “Đó là một quá trình động, không phải là một quá trình tĩnh.”