Sản xuất bởi: Science Popularization China
Sản xuất bởi: Vương Quán Lâm
Nhà sản xuất: Trung tâm thông tin mạng máy tính, Viện Hàn lâm khoa học Trung Quốc
Trong cuộc sống, chúng ta thường nghe bạn bè nói đùa rằng họ giống như một con cá chỉ có trí nhớ 7 giây và than thở rằng mình có trí nhớ kém.
Tuy nhiên, có đúng là trí nhớ của cá chỉ kéo dài 7 giây không? Các em bé cá nói: Chúng tôi không nhận trách nhiệm về việc này!
Nguồn hình ảnh: Ảnh chụp bởi tác giả
Cá thực sự có trí nhớ rất dài
Ngoài câu nói ở nước ta là loài cá chỉ có trí nhớ 7 giây thì ở nước ngoài còn có câu nói là có loài 'cá có trí nhớ 3 giây'. Vậy trí nhớ của cá kéo dài bao lâu?
Ngay từ năm 1965, các nhà khoa học Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu về trí nhớ của cá vàng. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu phát ra một luồng sáng mạnh từ một đầu bể cá, sau đó sốc điện cá vàng ở đầu này.
Sau khi lặp lại quá trình huấn luyện này nhiều lần, cá vàng nhanh chóng nhớ lại chu kỳ kích thích "điện giật nhẹ". Khi ánh sáng phát ra lần nữa, cá vàng sẽ nhanh chóng trốn sang phía bên kia của bể cá. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng cá vàng có thể nhớ kiểu hành vi "tránh ánh sáng" trong vòng một tháng.
Ngoài cá vàng, các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy kết quả tương tự ở loài sinh vật mô hình cá ngựa vằn thông qua phương pháp kích thích "thức ăn nhẹ". Không chỉ vậy, các nhà khoa học sau đó còn quan sát thấy cá nuôi nhốt có thể ghi nhớ các kích thích khi ăn trong nhiều năm.
Trên thực tế, trong cuộc sống, nếu bạn quan sát kỹ các loài cá cảnh trong ao hồ ở các danh lam thắng cảnh, khi có người đến gần, chúng sẽ bơi nhanh tới, thổi bong bóng và tìm cách kiếm thức ăn. Đây cũng là một ký ức dưới sự kích thích của thức ăn.
Cá không chỉ có trí nhớ dài hạn mà còn có thể truyền lại cho thế hệ sau
Một kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Communications đã đảo ngược hiểu biết của mọi người. Các nhà khoa học từ Đại học Otago ở New Zealand đã phát hiện thông qua nghiên cứu trên cá ngựa vằn rằng trí nhớ biểu sinh của cá ngựa vằn có thể được di truyền liên tục cho con cái bằng cách bảo tồn quá trình methyl hóa DNA.
Nói tóm lại, trí nhớ của cá có thể được truyền lại cho thế hệ tiếp theo, thậm chí là nhiều thế hệ.
Nguồn hình ảnh: Ảnh chụp bởi tác giả
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ngoài các yếu tố "di truyền" điều chỉnh trí nhớ của chúng ta, di truyền học biểu sinh cũng liên quan chặt chẽ đến khả năng học tập và trí nhớ.
Di truyền học biểu sinh đề cập đến những biến đổi hóa học có thể di truyền xảy ra mà không làm thay đổi vật liệu di truyền DNA, chủ yếu bao gồm biến đổi metyl hóa DNA, biến đổi histon, v.v. Nếu những biến đổi này xảy ra trong giao tử, chúng sẽ được truyền cho con cái.
Các biến đổi biểu sinh (bao gồm metyl hóa DNA, biến đổi histon, v.v.) mà con cái có được thường phản ứng với các sự kiện (kích thích) mà cha mẹ chúng (hoặc tổ tiên) đã trải qua từ nhiều thế hệ trước), còn được gọi là trí nhớ biểu sinh.
Cụ thể, con cái có khả năng ghi nhớ và phản ứng "liên thế hệ" với những sự kiện đã xảy ra với cha mẹ chúng nhưng bản thân chúng chưa từng trải qua.
Ví dụ, vào năm 2016, các nhà khoa học từ Đại học Tel Aviv đã phát hiện ra rằng loài giun tròn bị đói sẽ truyền "ký ức" về tình trạng đói cho con của chúng thông qua RNA nhỏ. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng thế hệ giun tròn tiếp theo, mặc dù không trải qua tình trạng "đói", nhưng có khả năng chuẩn bị trước cho tình trạng đói.
Phần lớn loại trí nhớ này là sự biến đổi biểu sinh của các điều kiện môi trường, đặc biệt là các yếu tố môi trường bất lợi, do cha mẹ thực hiện, giúp con cái sống sót tốt hơn.
Cá ngựa vằn truyền lại ký ức cho con cháu của chúng như thế nào?
Là một trong những cách biến đổi biểu sinh quan trọng nhất, metyl hóa DNA đề cập đến liên kết cộng hóa trị của nhóm metyl với một nucleotide DNA (chẳng hạn như nguyên tử 5 carbon của cytosine) thông qua một enzyme cụ thể (DNA methyltransferase) mà không làm thay đổi trình tự DNA, do đó làm thay đổi cấu hình của DNA và ức chế sự liên kết lẫn nhau giữa rãnh chính và protein trong cấu trúc xoắn kép DNA.
Do vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh biểu hiện gen, quá trình sửa đổi metyl hóa DNA còn được gọi là "chú thích" của Kinh thánh DNA.
Trong các nghiên cứu trước đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng ở động vật có vú (bao gồm cả con người), loại biến đổi methyl hóa DNA này không được di truyền ổn định cho thế hệ tiếp theo mà thay vào đó, "hiện tượng xóa methyl hóa" trên diện rộng xảy ra sau khi thụ tinh.
Nguồn hình ảnh: Veer Gallery
So với mức độ metyl hóa trong tế bào tinh trùng và trứng, mức độ metyl hóa của DNA trong phôi thai giảm đáng kể và quá trình xóa metyl hóa DNA trên diện rộng xảy ra trên toàn bộ bộ gen. Trong quá trình phát triển tiếp theo của con cái, khi điều kiện môi trường thay đổi, mức độ metyl hóa DNA lại tăng lên và quá trình "xóa metyl hóa DNA (của cha mẹ) - tái tạo metyl hóa DNA (của con cái)" diễn ra.
Trong một nghiên cứu về cá ngựa vằn, các nhà nghiên cứu đã phân tích mức độ metyl hóa DNA trong quá trình phát triển dòng mầm của cá ngựa vằn bằng cách sử dụng giải trình tự bisulfit toàn bộ hệ gen có độ phủ thấp. Kết quả cho thấy trong quá trình phát triển dòng mầm, cá ngựa vằn không bị mất đoạn methyl hóa DNA trên toàn bộ hệ gen như động vật có vú. Các hiện tượng metyl hóa DNA ở cá ngựa vằn có thể được di truyền sang thế hệ tiếp theo, hoặc thậm chí là các thế hệ sau nữa.
Nghĩa là, ở cá (ít nhất là cá ngựa vằn), có vẻ như trí nhớ có thể được truyền lại cho con cái bằng cách truyền quá trình methyl hóa DNA, điều này có thể giúp cá ngựa vằn thích nghi tốt hơn với những thay đổi trong môi trường.
Vậy nên, đừng nói rằng trí nhớ của cá chỉ có 7 giây nữa. Loài cá mà bạn nhìn thấy có thể vẫn còn lưu lại những ký ức thời tiền sử!
Tài liệu tham khảo:
Oscar Ortega-Recalde, Robert C. Day, Neil J. Gemmell, Timothy A. Hore. Cá ngựa vằn bảo tồn quá trình methyl hóa DNA dòng mầm toàn cầu trong khi rDNA liên kết với giới tính được khuếch đại và khử methyl trong quá trình nữ tính hóa. Truyền thông thiên nhiên, 2019; 10 (1) DOI: 10.1038/s41467-019-10894-7
Guo, H., Zhu, P., Yan, L., Li, R., Hu, B., Lian, Y., ... & Jin, X. (2014). Bối cảnh metyl hóa DNA ở phôi thai đầu tiên của con người. Thiên nhiên, 511(7511), 606.
Houri-Ze'evi, L., Korem, Y., Sheftel, H., Faigenbloom, L., Toker, IA, Dagan, Y., ... & Rechavi, O. (2016). Một cơ chế có thể điều chỉnh được quyết định thời gian di truyền RNA nhỏ xuyên thế hệ ở C. elegans. Tế bào, 165(1), 88-99.
