Ruồi giấm – người hùng thầm lặng của khoa học

Ruồi và muỗi đều thuộc bộ Diptera, nhóm côn trùng chỉ có 2 cánh (bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, “di” có nghĩa là “hai” và “pteron” là “cánh”). Tuy nhiên, cũng như hầu hết mọi người đều chấp nhận cả mặt tốt lẫn mặt xấu ở bạn bè mình, chúng ta không nên đánh giá ruồi chỉ qua các đặc điểm tiêu cực của chúng.

Thay vào đó, chúng ta nên nhìn vào tầm quan trọng đặc biệt của loài côn trùng này về mặt kinh tế và môi trường. Ví dụ, nhiều loại cây, trong đó có cây cacao cho ta sôcôla, cần côn trùng hai cánh giúp thụ phấn. Hoặc bạn hãy thử tưởng tượng thế giới sẽ ra sao nếu không có ruồi giúp phân hủy xác động vật?

Còn ở đây, tôi xin được phân tích dưới một góc độ khác để giúp bạn có thể tôn trọng loài hai cánh, cụ thể ở đây là ruồi giấm (tên khoa học là Drosophila melanogaster).

Ruồi Drosophila có kích thước nhỏ hơn móng tay. Loài Drosophila lần đầu được nhà côn trùng học người Đức là Johann Meigen nhắc đến vào năm 1830. Kể từ đó, chúng trở thành nhân vật nổi tiếng với các nhà khoa học. Ruồi giấm không chỉ là loài động vật được hiểu rõ từng “chân tơ kẽ tóc” trên hành tinh chúng ta, mà nó còn là một mô hình nghiên cứu quan trọng trong y học hiện đại. Các công trình nghiên cứu Drosophia đã đem lại giải Nobel Sinh lý và Y khoa cho mười nhà khoa học.

Giới khoa học bắt đầu hành trình nghiên cứu ruồi vào những năm 1900, khi nhà sinh học Thomas Hunt Morgan tại Đại học Columbia ở New York quyết định kiểm tra các lý thuyết về tiến hóa. Ví dụ, các đột biến gene liên quan như thế nào đến những đặc tính khác. Ngoài ra, các lý thuyết của Gregor Mendel về di truyền đã công bố vào năm 1865 cũng được phát hiện lại vào năm 1900. Mendel được coi là cha đẻ của ngành di truyền học ngày nay.

Morgan không phải người đầu tiên làm việc với Drosophila. Nhưng ông có một ý tưởng tuyệt vời là chăn nuôi ruồi với chi phí siêu rẻ (chỉ bằng các miếng chuối bỏ trong chai sữa) và tận dụng đặc điểm sinh sản nhanh của loài ruồi (khoảng 10 ngày để ra một thế hệ mới, mỗi con ruồi cái đẻ khoảng 100 trứng mỗi ngày) nhằm nghiên cứu tiến hóa trong phòng thí nghiệm. Lý do là các nhà khoa học có thể quan sát những thay đổi tiến hóa dễ dàng hơn tại các quần thể lớn của một loài có vòng đời ngắn.

Các thí nghiệm phối giống diện rộng của Morgan trên hàng trăm nghìn con ruồi đã giúp phát hiện ra một con ruồi mắt trắng, thay vì mắt đỏ như bình thường. Sau đó, Morgan và nhóm các nhà khoa học đã tiến hành vô số công trình nghiên cứu về các thế hệ ruồi mắt trắng. Từ đây, chúng ta thấy được những gene có thể đột biến, và chúng được sắp xếp theo thứ tự trên các bản đồ nhiễm sắc thể nhất định (chúng là những phân tử DNA dài). Phát hiện này đã mở ra ngành di truyền học kinh điển như ta biết hiện nay, trong đó bao gồm hiểu biết về nhiều bệnh di truyền.

Tiếp theo, vào những năm 1940, các nhà khoa học như George Beadle và Edward Tatum đã tìm ra rằng một số gene mã hóa những protein có chức năng hỗ trợ các phản ứng hóa học, và tạo ra những phân tử cần thiết cho tế bào. Các nhà nghiên cứu khác làm việc với ruồi giấm cũng đã thiết lập nên bản đồ cấu trúc của chuỗi xoắn DNA. Những phát hiện này đã làm rõ các vấn đề được tranh cãi từ lâu. Chẳng hạn, làm thế nào mà các gene điều hòa nổi những quá trình sinh học phức tạp, hay một tế bào trứng được thụ tinh đã phát triển thành một cơ thể sinh vật hoàn chỉnh ra sao?

Các nhà khoa học cũng dần hoàn thiện các kỹ thuật sử dụng kính hiển vi để nghiên cứu phôi của Drosophila trong lớp vỏ trong suốt có kích cỡ 0.5mm. Hàng loạt quy tắc di truyền mà chúng ta tìm ra từ ruồi giấm đã trở thành phương pháp hiệu quả để tìm hiểu cơ chế phát triển của loài côn trùng này. Phôi ruồi cũng có khuyết tật như thiếu đầu hay thiếu đuôi, giống như đột biến gene ở người có thể tạo ra các dị dạng trên cơ thể.

Ngay cả khi trứng ruồi không nở, các nhà khoa học vẫn có thể nghiên cứu những dị dạng đột biến này. Nhờ thế, chúng ta hiểu được chức năng vốn có của gene bị ảnh hưởng. Những nghiên cứu như thế này ở ruồi Drosophila, cùng với các kỹ thuật mới như nhân bản gene, đã giúp chúng ta hiểu làm thế nào các mạng lưới gene có thể quyết định sự phát triển của cơ thể, và đôi khi chúng dẫn đến bệnh di truyền ra sao. Các mạng lưới gene là các nhóm gene hoặc các phần gene tương tác với nhau để điều khiển một chức năng tế bào nhất định. Vào năm 1995, ba nhà khoa học đã được trao giải Nobel cho đóng góp vào hiểu biết mới này, đó là Edward B. Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard và Eric F. Wieschaus.

Cuối cùng, hóa ra toàn bộ hệ gene của ruồi và người lại giống nhau một cách đáng ngạc nhiên. Và các cơ chế được phát hiện ra ở ruồi cũng có thể áp dụng cho những sinh vật phức tạp hơn. Nhiều gene người thậm chí còn có thể đảm nhiệm chức năng thuộc về các gene tương đương ở Drosophila khi được chèn vào bộ gene của ruồi.

Tổ tiên chung của ruồi và người vào nửa tỷ năm trước có vẻ như đã được chuẩn bị kỹ càng về mặt sinh học, cho nên nhiều chức năng vẫn còn được sử dụng đến ngày nay, ví dụ như cơ chế phát triển hay chức năng thần kinh chẳng hạn. Vì chúng ta giống ruồi giấm về mặt di truyền đến vậy, cho nên nhiều vấn đề sinh học cũng như các bệnh ở người thường được tìm hiểu trước ở Drosophila. Trong khi đó, nghiên cứu trên ruồi giấm có thể được tiến hành vô cùng nhanh chóng, hiệu quả về chi phí, và rất linh hoạt. Thật sự nó vô cùng lý tưởng cho các phát hiện khoa học.

Khi kiến thức mới được tìm thấy ở ruồi, những thông tin ấy có thể đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu ở các sinh vật phức tạp hơn. Ngày nay, ước tính có hơn 10.000 nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang làm việc với Drosophila trong nhiều lĩnh vực khoa học liên quan đến sinh học và bệnh ở người. Loài ruồi này được các nhà khoa học thần kinh sử dụng để tìm hiểu về cơ chế học, trí nhớ, giấc ngủ, tính hung hăng, nghiện ngập và các chứng tâm thần. Đó là chưa kể đến các nghiên cứu trong những lĩnh vực khác như ung thư, lão hóa, phát triển, hệ vi sinh đường ruột, tế bào gốc, cơ và tim.

Tuy vậy, ruồi vẫn không phải là con người thu nhỏ. Chúng không thể được dùng để tìm hiểu việc mất tính cách hay xuất hiện ở bệnh Alzheimer chẳng hạn. Nhưng ta vẫn có thể dùng chúng để nghiên cứu vì sao tế bào thần kinh trong các bệnh như vậy lại chết đi, và điều này giúp lấp đầy những khoảng trống quan trọng về kiến thức của chúng ta về loại bệnh này.

Tóm lại, ruồi giấm hẳn vẫn khiến bạn bực mình khi vo ve quanh bếp thôi, nhưng tôi hy vọng là từ giờ trở đi bạn sẽ nhìn chúng với một con mắt khác biệt.