Sói đen là kẻ săn mồi biến đổi di truyền đầu tiên

Luồn cách qua những thân cây hay băng qua tuyết, chó sói đã đi vào truyền thuyết bằng những cái chân trắng, xám hay thậm chí là đen ở vùng Bắc Mỹ. Theo các nhà nghiên cứu tại Stanford, nhóm chó sói cuối cùng mang ơn những anh em họ chó nhà một món nợ không ngờ đến. Trong một sự kiện biến đổi tiến hóa khác thường, chó giao phối với chó sói từ hàng ngàn năm trước đã truyền lại một đột biến gen mã hóa màu sắc lông đen cho tổ tiên của loài sói. Kết quả là, sói xám hay còn gọi là Canis lupus, không còn mang màu lông xám nữa.

Tác động của hiện tượng này không chỉ đơn giản như là một thứ đồ mỹ phẩm mà chính là sự hình thành những con sói đen, gần như trở thành đặc trưng của vùng Bắc Mỹ. Sự kiện cũng mang lại lợi thế chọn lọc so với những con sói màu lông sáng hơn ở các vùng có rừng rậm. Đây là một ví dụ hiếm có về các loài động vật nuôi, trong trường hợp này có lẽ những con chó của những người Mỹ bản địa đầu tiên, đã góp phần vào sự đa dạng di truyền của những cá thể cùng họ hàng hoang dã theo một phương thức ảnh hưởng đến cả diện mạo cũng như sự tồn tại của cá thể nhận đột biến.

Giáo sư di truyền học Greg Barsh cho biết: “Chúng ta thường coi sự thuần hóa như là một quá trình mang lợi cho con người. Do đó chúng tôi rất ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng những con vật được thuần hóa đóng vai trò như nguồn chứa di truyền có thể mang lại lợi ích cho quần thể trong tự nhiên mà chúng bắt nguồn từ đó. Cũng thật thú vị khi nghĩ đến chuyện một phần cơ thể của những con chó Mỹ bản địa đầu tiên, hiện nay đã tuyệt chủng, sống trong cơ thể của chó sói”. Các nhà di truyền học Canine cũng nhất trí rằng loài chó Mỹ bản địa ngày nay đều là con cháu của giống chó Châu Âu.

Barsh cùng nghiên cứu sinh Tovi Anderson và những nhà khoa học khác thuộc đại học California – Los Angeles, Đại học Calgary, Công viên quốc gia tại Công viên quốc gia Yellowstone và Viện nghiên cứu gen người quốc gia đã tiến hành nghiên cứu này. Khoa học gia đến từ Thụy Điển và Italy cũng tham gia.

Anderson cùng các cộng sự thu thập ADN từ 41 con sói xám, trắng và đen ở Bắc Cực thuộc Canada và 224 con sói xám và đen ở Công viên quốc gia Yellowstone để so sánh với ADN của chó nhà, chó sói đồng cỏ màu xám và đen. Mục đích của họ là xây dựng nghiên cứu giá trị trong phòng thí nghiệm Barsh để nhận diện cơ chế kiểm soát hình thành sắc tố ở chó vốn khác biệt so với hầu hết các loài động vật có vú khác.

Anderson cho biết: “Chúng tôi từng nghĩ đây chỉ là một dự án nghiên cứu nhóm nhằm khẳng định rằng chó sói và chó nhà có chung con đường di truyền quyết định màu lông đen. Nhưng câu chuyện trở nên hấp dẫn hơn nhiều khi chúng tôi mở rộng nghiên cứu và bắt đầu đặt ra câu hỏi về nguồn gốc đột biến ở chó sói”.

Những con sói màu lông đen khá phổ biến ở các vùng rừng rậm tại Bắc Cực thuộc Canada so với số lượng sói lông đen ở các lãnh nguyên băng giá (với tỷ lệ 62% và 7% trên tổng số quần thể). Các nhà sinh vật học từ lâu đã ngỡ rằng dường như việc có lông đen mang lại lợi thế đặc biệt cho những con sói sống trong rừng, nhưng họ không chắc chắn lắm. Bởi sói đen sẽ đổi sang màu xám khi về già do đó nguyên nhân gốc rễ dường như còn sâu sắc hơn nhiều.

Phòng thí nghiệm của Barsh đã dành nhiều năm để nghiên cứu gen ảnh hưởng đến màu lông cũng như các con đường sinh học khác ở động vật có vú. Vào năm 2007, họ đã phát hiện ra rằng gen chịu trách nhiệm sản sinh màu lông đen ở chó có tên beta-defensin thuộc về một họ gen trước đây từng được cho là có liên quan trong việc chống lại sự nhiễm trùng. Một biến thể của gen khiến những con chó hay sói có màu lông vàng hoặc màu lông sáng; một đột biến làm mất 3 nucleotit khiến các con vật có màu lông đen.

Sói đen chiếm số đông trong bầy đàn tại những cánh rừng Bắc Mỹ, trong khi sói trắng lại có số lượng nhiều hơn ở các lãnh nguyên trơ trụi. (Ảnh: Marco Musiani, Đại học Calgary)

Barsh cho biết: “Các nhà sinh học nghiên cứu động vật hoang dã không cho rằng chó sói phần lớn dựa vào khả năng ngụy trang để bảo vệ mình hay để gia tăng tỷ lệ đi săn thành công. Có thể có một hiện tượng nào đó đang diễn ra. Ví dụ như protein quy định sự khác biệt trong màu sắc lông có liên quan đến sự viêm hay nhiễm trùng, do đó nó mang lại cho những con vật lông đen một lợi thế khác biệt so với tác động về mặt sắc tố của nó”.

Mặc dù câu hỏi tại sao về lợi thế chọn lọc này còn là một bí ẩn, nhưng cách thức của nó lại đang dần trở lên sáng tỏ. Nghiên cứu của Anderson đã khẳng định rằng gen quy định lông đen mang bằng chứng về chọn lọc tích cực ở loài sói sống trong rừng. Bà cũng cho thấy gen này là trội, điều này có nghĩa là con vật dù chỉ có một bản sao của gen đó cũng có lông đen. Trong số 14 con của cặp giao phối giữa sói đen và sói xám thì có 10 con sói nhỏ mang gen trội và có màu lông đen.

Bà cùng các cộng sự đã áp dụng nhiều xét nghiệm di truyền để xác định rằng đột biến có khả năng được đưa vào gen chó sói nhờ chó nhà vào khoảng 10.000 đến 15.000 năm trước, tương đương với thời điểm những người Mỹ đầu tiên di cư qua mũi Bering. Những người này có lẽ đã mang chó đi cùng, một vài con trong số đó có đột biến lông đen xuất hiện cách đây 50.000 năm. Phần còn lại của câu chuyện, như người ta vẫn nói, chính là lịch sử.

Anderson cho biết: “Việc chó nhà tiếp xúc với sói ở Bắc Mỹ đơn giản hơn là ở châu Âu. Lúc đó mật độ sói nhiều hơn còn những con chó nhà, giống như người, sống di trú”.

Thật không may, cho đến nay vẫn chưa thể biết được liệu có tồn tại con sói đen nào trước giai đoạn thuần chủng chó nhà hay không. Có thể đột biến xảy ra ở quần thể chó sói trước khi chó nhà được thuần hóa cách đây khoảng 15.000 đến 40.000 năm và sau đó những con sói đen đã chết. Hoặc gen đột biến xuất hiện đầu tiên ở chó nhà và không xâm nhập vào quần thể hoang dã cho đến khi người Mỹ bản địa di cư từ Châu Âu. Dù thế nào đi chăng nữa, khía cạnh có lợi của đột biến cùng với nguồn gốc của nó cũng khiến các nhà khoa học hứng khởi.

Anderson phát biểu: “Đây là một đột biến đã được con người nuôi dưỡng dưới dạng chó nhà trong suốt hàng ngàn năm. Hiện nay chúng ta thấy rằng nó không những đã xâm nhập vào quần thể hoang dã mà còn mang lại lợi ích cho chúng”. Các nhà nghiên cứu cho rằng sự mất đi môi trường sống lãnh nguyên của loài sói có lẽ sẽ còn khuyến khích sự phát triển ngày một lan rộng của gen quy định lông đen. Họ rất hứng thú với việc tìm ra con đường chính xác mà đột biến mang lại lợi ích cho những con sói vùng rừng rậm.

Nghiên cứu nhấn mạnh quan điểm rằng tiến hóa có thể bao gồm cả những hiện tượng trong đó đặc điểm được truyền lại theo những con đường không ngờ đến. Barsh nói: “Hiện chúng ta đã biết chó nhà trở thành đối tượng mang di sản di truyền có thể có lợi cho chó sói. Điều này khiến chúng tôi mở rộng suy nghĩ của mình đến con đường ứng dụng vào các loài động vật và thực vật khác”.

Với môi trường lãnh nguyên được dự tính sẽ thu hẹp trong những năm tới đây do hiện tượng mở rộng rừng phương bắc liên quan đến sự nóng lên toàn cầu, các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng màu lông đen có thể giúp sói xám thích nghi với sự thay đổi môi trường.

Marco Musiani – chuyên gia quốc tế về chó sói đồng thời là giáo sư thuộc Khoa thiết kế môi trường, đại học Calgary – cho biết: “Có điều hơi mỉa mai rằng một đặc điểm do con người tạo ra giờ đây lại có lợi cho loài sói khi mà chúng đang phải đối mặt với những biến đổi của chúng cũng do con người tạo ra trên môi trường sống”.

Barsh cùng các cộng sự của Anderson bao gồm Hua Tang (tiến sỹ kiêm trợ lý giáo sư di truyền) và Sophie Candille (tiến sĩ tại phòng thí nghiệm Tang). Nghiên cứu được Viện sức khỏe quốc gia, Quỹ khoa học quốc gia và Hội đồng nghiên cứu Thụy Điển tài trợ.

Tham khảo:
Molecular and evolutionary history of melanism in North American gray wolves. Science, Feb 5, 2009