Phát hiện tuyến trùng hồi sinh từ băng vĩnh cửu Siberia nằm im lìm trong 46.000 năm

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một con giun cực nhỏ đã sống sót trong lớp băng vĩnh cửu ở Siberia trong 46.000 năm – lâu hơn hàng chục nghìn năm so với những con giun đã hồi sinh trước đó.

Giun tròn cổ đại, hay giun tròn, thuộc loài Panagrolaimus kolymaensis mới được mô tả. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nó nép mình bên trong một hang sóc hóa thạch được khai thác từ lớp băng vĩnh cửu gần sông Kolyma, ở phía Đông Bắc Bắc Cực, vào năm 2002.

Các nhà khoa học đã hồi sinh tuyến trùng bị đóng băng vào năm 2018, nhưng tuổi và loài của nó vẫn chưa rõ ràng. Một nghiên cứu được công bố vào ngày 27/7 mới đây trên tạp chí PLOS Genetics đã trả lời được cho câu hỏi trên. Theo như nghiên cứu đó, sống sót ở môi trường khắc nghiệt trong thời gian dài là một thách thức mà chỉ một số sinh vật có khả năng thực hiện được. Do đó, “ở đây, chúng tôi chỉ ra rằng một loài giun tròn trong đất Panagrolaimus kolymaensis đã treo cuộc sống trong 46.000 năm trong lớp băng vĩnh cửu ở Siberia”.

Các sinh vật như tuyến trùng và gấu nước có thể đi vào trạng thái không hoạt động – một quá trình trao đổi chất được gọi là “cryptobiosis” (ngủ đông) để bước vào dạng sống cực kỳ khắc nghiệt gọi là “cryobiosis” (cực lạnh) hay anhydrobiosis (cực kỳ khan nước). Trong cả hai trường hợp, các sinh vật giảm mức tiêu thụ oxy và lượng nhiệt do quá trình trao đổi chất tạo ra đến mức không thể phát hiện được.

Tuyến trùng mới được mô tả ở trạng thái ngủ đông vào cuối kỷ Canh Tân (2,6 triệu đến 11.700 năm trước), một kỷ nguyên bao gồm kỷ băng hà cuối cùng. Theo nghiên cứu, lớp băng vĩnh cửu giam giữ sinh vật nhỏ bé này vẫn chưa tan băng kể từ đó, có nghĩa đây là loại cryptobiosis được ghi nhận lâu nhất ở tuyến trùng (hàng chục nghìn năm). Cho đến nay, loài giun tròn ở Nam Cực Plectus murrayi và mẫu vật Tylenchus polyhypnus đã giữ kỷ lục này; cái trước được đóng băng trong rêu trong 25,5 năm và cái sau được làm khô trong phòng tiêu bản trong 39 năm.

Các nhà nghiên cứu đã phân tích các gen của tuyến trùng mới được mô tả và so sánh chúng với các gen của giun tròn Caenorhabditis elegans – những sinh vật đa bào đầu tiên có toàn bộ bộ gen. C. Elegans đã cung cấp mô hình hoàn hảo để so sánh. Theo phân tích cho thấy, một số gen được chia sẻ có liên quan đến một trạng thái ngủ đông.

Để tìm hiểu chính xác làm thế nào tuyến trùng có thể tồn tại trong thời gian dài như vậy, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một nhóm giun P. kolymaensis và C. Elegans mới và làm khô chúng trong phòng thí nghiệm. Khi những con giun chuyển sang trạng thái kỵ nước, nhóm nghiên cứu đã quan sát thấy sự gia tăng đột biến trong việc sản xuất một loại đường gọi là trehalose, loại đường mà họ cho rằng có thể giúp bảo vệ màng tế bào của tuyến trùng khỏi bị mất nước. Sau đó, họ đông lạnh những con giun ở nhiệt độ âm 112 độ F (âm 80 độ C) và nhận thấy rằng việc hút ẩm đã cải thiện tỉ lệ sống sót của cả hai loài.Theo họ, những con giun bị đóng băng ở nhiệt độ này mà không bị mất nước trước đó sẽ chết ngay lập tức.

Được trang bị các con đường phân tử để đối phó với các điều kiện ở Bắc Cực, tuyến trùng đã tiến hóa để tồn tại ở các trạng thái ngủ đông này trong nhiều nghìn năm. Bằng cách thích nghi để tồn tại trạng thái tiền sinh học trong các khung thời gian ngắn ở các môi trường như băng vĩnh cửu, một số loài giun tròn đã đạt được tiềm năng để từng con giun duy trì trạng thái đó trong các khung thời gian địa chất.

Do đó, các nhà nghiên cứu đã lưu ý rằng, các loài tuyến trùng đã tuyệt chủng có thể được hồi sinh nếu chúng thoát khỏi lớp băng vĩnh cửu. Đồng thời “những thay đổi mạnh mẽ” đối với môi trường mà chúng nằm im lìm, bao gồm sự dao động về nhiệt độ và phóng xạ tự nhiên, có thể đánh thức những con giun tròn cổ đại khỏi giấc ngủ sâu của chúng.