Bây giờ chúng ta biết làm thế nào mèo mướp có được sọc vằn của chúng

 Quan sát kỹ phôi mèo cho thấy sự khởi đầu đáng ngạc nhiên của kiểu hình đặc biệt này trên mèo nhà.

Trong số gần 60 triệu con mèo cưng ở Hoa Kỳ, một trong những con phổ biến nhất là mèo mướp cổ điển - một mẫu lông có các sọc, chấm, xoáy và hình chữ M in trên trán mèo.

Cũng phổ biến không kém gì loài mèo (nghĩ rằng mèo Garfield), các nhà khoa học biết rất ít về cách chúng có được vẻ ngoài đặc biệt này.

Trong một nghiên cứu được công bố tuần này trên tạp chí Nature Communications , các nhà khoa học báo cáo rằng các gen thiết lập mô hình mèo mướp được kích hoạt trong tế bào da của phôi thai trước khi lông mèo phát triển. Các tế bào da ban đầu thậm chí còn bắt chước các sọc mướp dưới kính hiển vi, một khám phá chưa từng thấy trước đây ở các tế bào phôi thai.

Các tác giả đưa ra giả thuyết về quá trình di truyền độc đáo này có thể chính là cơ chế tạo ra các sọc và đốm ở mèo hoang. Từ “tabby” bắt nguồn từ al-'Attābiyya, một khu phố ở Baghdad sản xuất ra loại vải taffeta bằng lụa có sọc, mịn vào thế kỷ 16. Nhưng bản thân các sọc có thể bắt nguồn từ tổ tiên trực tiếp của mèo nhà, mèo rừng Cận Đông có sọc .

Trưởng nhóm nghiên cứu, Greg Barsh , một nhà điều tra tại Viện Công nghệ Sinh học Hudson Alpha, một cơ sở nghiên cứu có trụ sở tại Huntsville, Alabama , cho biết: “[Có] sự hài lòng khi hiểu thêm một chút gì đó về thế giới . Nhưng khám phá này cũng đáng kinh ngạc theo một cách khác, ông nói: “Sinh học sử dụng lặp đi lặp lại các bộ công cụ giống nhau, vì vậy rất hiếm khi tìm thấy thứ gì đó không áp dụngrộng hơn là rất nhiều tình huống khác. Điều này cũng có thể xảy ra trong tình huống này ”.

Di truyền đằng sau màu sắc và kiểu dáng của mèo nhà từ lâu đã khiến các nhà khoa học tò mò. Ví dụ, Charles Darwin đã đề xuất rằng hầu hết mèo điếc có màu trắng với mắt xanh. Trong quá trình phát triển, ông nói, các loài đôi khi có những thay đổi nhỏ, như màu tóc, vì chúng có liên quan đến những thay đổi khác, hữu ích hơn. ( Đọc cách thuần hóa mèo nhà .)

Một số, ông nói thêm, chúng tôi thậm chí không thể nhìn thấy. Anh ấy không có gen di truyền hiện đại, nhưng hóa ra anh ấy đã đúng: Đó là một bất thường di truyền di truyền.

Tế bào mèo có sọc khác

Là một phần của quy trình nghiên cứu đã được phê duyệt về mặt đạo đức, Barsh và các đồng nghiệp đã thu thập gần một nghìn phôi mà lẽ ra sẽ bị loại bỏ từ các phòng khám thú y nuôi mèo hoang, nhiều trong số đó đang mang thai khi được nhận vào.

Khi Kelly McGowan , một nhà khoa học cấp cao trong nhóm nghiên cứu, kiểm tra tế bào da của phôi thai từ 25 đến 28 ngày tuổi dưới kính hiển vi, cô ấy nhận thấy rằng những vùng da dày hơn xen kẽ với những vùng mỏng hơn, tạo ra một kiểu màu tạm thời giống như màu mướp. màu của một con mèo trưởng thành.

Cô đặc biệt ngạc nhiên khi phát hiện ra một mô hình như vậy rất sớm trong quá trình phát triển của phôi thai, rất lâu trước khi có sự xuất hiện của các nang lông và sắc tố, những chìa khóa để tạo màu ở động vật. ( Đọc thêm về loài mèo rừng nhỏ ít được biết đến .)

Để tìm hiểu kỹ hơn, nhóm nghiên cứu đã phân tích các tế bào da riêng lẻ của phôi thai và tìm thấy hai loại khác nhau, mỗi loại biểu hiện các bộ gen riêng biệt. Trong số này, gen khác biệt nhất là chất ức chế đường dẫn tín hiệu Dickkopf WNT 4 được đặt tên công phu, hay còn gọi là DKK4.

Khi xem xét cách các tế bào biểu hiện DKK4 trong phôi khoảng 20 ngày tuổi, họ phát hiện ra rằng các tế bào liên quan là những tế bào hình thành nên kiểu da dày vài ngày sau đó.

Barsh giải thích rằng DKK4 cũng là một protein truyền tin, được gọi là “phân tử được tiết ra”, tín hiệu cho các tế bào khác xung quanh nó, về cơ bản nói rằng, “Bạn là người đặc biệt. Bạn là khu vực mà tóc sẫm màu cần phát triển ”.

Khi mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch, các ô có DKK4 cuối cùng trở thành mảng tối khiến mèo mướp trở thành những chú mèo mướp. Nhưng các đột biến thường xảy ra, dẫn đến màu sắc và kiểu lông khác, chẳng hạn như đốm trắng hoặc sọc mỏng hơn. Sự thay đổi sắc tố cũng có thể xảy ra: Ví dụ, một chiếc áo khoác toàn màu đen, là kết quả khi các tế bào sắc tố lẽ ra phải tạo ra màu sắc chỉ tạo ra hắc sắc tố. ( Tìm hiểu những điều đáng ngạc nhiên mà bạn chưa từng biết về con mèo của mình .)

Một mô hình tự phát phát triển

Để tìm hiểu làm thế nào những tế bào này thực sự tạo ra một mẫu sọc trên cơ thể mèo, nhóm nghiên cứu đã tìm đến Alan Turing, nhà khoa học máy tính và là người sáng lập ngành sinh học toán học. Năm 1952, Turing đã mô tả một cách giải thích toán học về cách các mẫu có thể xuất hiện một cách tự nhiên trong tự nhiên.

Được gọi là phản ứng-khuếch tán, lý thuyết của ông dự đoán rằng các hệ thống có thể tự tổ chức trong quá trình phát triển với sự hiện diện của các phân tử (hoặc những phân tử được tạo ra bởi gen, trong trường hợp của mèo) - chất kích hoạt và chất ức chế - di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác, hoặc khuếch tán, với các tỷ lệ khác nhau. Nếu một chất ức chế khuếch tán xa hơn hoặc nhanh hơn một chất kích hoạt, thì về mặt toán học, hệ thống sẽ tự phân loại. Trong trường hợp của mèo mướp, chất ức chế là gen DKK4, nhưng chất kích hoạt vẫn chưa được biết. 

Turing không biết chất kích hoạt hoặc chất ức chế sẽ là gì. Anh thậm chí còn không biết liệu chúng có tồn tại hay không. Nhưng 70 năm sau, khám phá về tabby nằm trong số một số khám phá khác đã chứng minh Turing đúng.

“Chúng tôi có xu hướng nghĩ của các tế bào di chuyển xung quanh quá trình phát triển, nhưng suy nghĩ của họ quá sớm trong loại này cách ba chiều, nơi họ đang thực sự nhận được những sọc như độ dày ... Đó thực sự tiên tiến”, ông Elaine Ostrander , người đã nghiên cúu di truyền học đằng sau chó nhà tại Viện nghiên cứu bộ gen người quốc gia của Viện Y tế Quốc gia, ở Bethesda, Maryland.

Ostrander, người không tham gia vào nghiên cứu, nói thêm rằng việc phân tích các tế bào đơn lẻ “ cho phép họ phân tích một số quá trình khác nhau này, tất cả đều quan trọng trong việc cuối cùng nhận được các mô hình có trong sách truyện của trẻ em của chúng tôi.”

Nhóm của Barsh hiện coi việc sản xuất mô hình màu sắc cho mèo là một quy trình gồm hai bước. Đầu tiên, các tế bào da xác định xem các mô hình mướp sẽ đậm hay nhạt. Sau đó, các nang lông phát triển và tạo ra các sắc tố.

Bằng cách xem xét các quá trình này hoạt động như thế nào ở các loài động vật khác - tại sao một số loài động vật có sọc và những loài khác thì không - nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ gỡ rối cách các mẫu màu phát triển theo thời gian. Barsh nói, họ có thể tình cờ phát hiện ra những khám phá dường như không liên quan gì đến các mẫu áo khoác - giống như sự khác biệt vô hình mà Darwin từng tưởng tượng.

Sưu tầm