Khám phá này đến từ nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Sinh học Biển (Marine Biological Laboratory - MBL), và có thể mở ra hướng tiếp cận hoàn toàn khác cho câu hỏi lớn đã làm đau đầu giới khoa học trong nhiều thập kỷ: Tại sao và bằng cách nào mà các sinh vật đơn bào bắt đầu sống chung, hợp tác và tiến hóa thành các thể sống phức tạp?
Tiến sĩ John Costello, nhà sinh vật học biển tại Đại học Providence và là tác giả cao cấp của nghiên cứu, chia sẻ rằng nhóm đã chọn cách “lùi lại một bước” trong hành trình tiến hóa, quay trở về thời điểm mà sự sống trên Trái Đất chỉ bao gồm những sinh vật đơn độc, tồn tại độc lập.
Câu hỏi họ đặt ra: "Tại sao các sinh vật đơn bào lại tụ họp với nhau, trước cả khi hình thành các cấu trúc cố định để duy trì sự liên kết?".
Trọng tâm của nghiên cứu này là loài Stentor, một sinh vật đơn bào có hình dáng như chiếc kèn nhỏ, dài tới 2mm, đây là kích thước tương đối lớn trong thế giới vi sinh vật. Stentor là một loài lông mao sống trong các ao hồ nước ngọt, sử dụng chuyển động của lông mao để tạo xoáy nước, từ đó hút vi khuẩn và các hạt thức ăn khác vào miệng.
Trong môi trường tự nhiên, Stentor thường dính đầu thuôn dài của mình vào thực vật thủy sinh hoặc bề mặt rắn, trong khi phần đầu hình kèn tự do di chuyển, tìm kiếm thức ăn.
Khi được đưa vào một môi trường nước ao trong phòng thí nghiệm, một điều kỳ lạ đã xảy ra. Các cá thể Stentor nhanh chóng tụ lại thành đàn, không phải bằng cách kết dính với nhau mà chỉ đơn giản là cùng bám lên bề mặt thủy tinh.
Từ góc độ cơ học chất lỏng, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng khi hai Stentor đứng gần nhau, khả năng tạo dòng xoáy và hút nước tăng gấp đôi, đồng nghĩa với việc thu hút được nhiều thức ăn hơn và thậm chí bắt được cả những con mồi di chuyển nhanh hơn.
Đặc biệt, những cá thể yếu hơn dường như được hưởng lợi nhiều hơn từ sự hợp tác này, vì dòng nước tổng hợp giúp chúng tiếp cận nguồn thức ăn mà một mình chúng không thể có được.
Tuy nhiên, điều thú vị hơn nằm ở mô hình hành vi linh hoạt mà các nhà khoa học ghi nhận: các Stentor không giữ nguyên vị trí cố định bên cạnh một "đối tác". Thay vào đó, chúng liên tục "thay bạn", di chuyển giữa các cá thể khác nhau, một hình thức hợp tác lỏng lẻo nhưng mang lại hiệu quả cao.
Nhóm nghiên cứu gọi hành vi này là dạng “không chung thủy vi sinh”, nơi các cá thể thay đổi bạn đồng hành thường xuyên nhằm tối ưu hóa lượng thức ăn có thể thu nhận.
Tiến sĩ Shashank Shekhar, phó giáo sư tại Đại học Emory và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Dù bề ngoài chúng có vẻ di chuyển xa nhau, nhưng thực chất là chúng đang chuyển dịch để tối ưu hóa khả năng khai thác năng lượng từ môi trường”.
Đây có thể là một chiến lược sống hiệu quả, đặc biệt trong bối cảnh sinh tồn cạnh tranh của những sinh vật nguyên thủy đầu tiên.
Tuy nhiên, không phải lúc nào "hợp tác" cũng là phương án tốt nhất. Khi nguồn thức ăn trở nên khan hiếm, các Stentor lập tức tách khỏi đàn và quay trở lại trạng thái đơn độc, tiếp tục kiếm ăn một mình.
Điều này phản ánh một hình mẫu khá quen thuộc trong sinh học và cả trong xã hội con người. "Chúng ta cũng vậy", Shekhar nói. "Khi tài nguyên dồi dào, con người có xu hướng hợp tác, xây dựng cộng đồng. Nhưng khi khan hiếm, mỗi cá nhân lại phải tự bươn chải để sinh tồn".
Một điểm đáng lưu ý là, không giống như các mô hình đa bào nguyên thủy đã được biết đến như Volvox carteri, nơi các tế bào trong quần thể gần như đồng nhất về mặt di truyền và gắn bó chặt chẽ, các "khuẩn lạc" của Stentor chỉ mang tính tạm thời, được hình thành từ những cá thể khác nhau về mặt di truyền, và dễ dàng tan rã chỉ với một tác động nhỏ.
Điều này khiến mô hình Stentor có thể phản ánh một giai đoạn sơ khai hơn trong tiến trình tiến hóa đa bào, thậm chí sớm hơn các hệ thống sinh học có tổ chức mà khoa học từng ghi nhận.
Nghiên cứu cũng cho thấy rằng hình thức hợp tác "vì lợi ích trước mắt" như của Stentor có thể là bước đầu tiên trong hành trình dài tiến hóa dẫn đến sự hình thành của những sinh vật đa bào bền vững và có tổ chức phức tạp như động vật, thực vật và con người ngày nay.
Khi các cá thể đơn bào bắt đầu "thấy được lợi ích" từ việc ở gần nhau – không phải vì mối quan hệ di truyền, mà đơn thuần là hiệu quả kiếm ăn – thì đây có thể là nền móng cho sự hình thành của cộng sinh, hợp tác, và cuối cùng là cấu trúc đa bào ổn định.
Nghiên cứu của nhóm tại MBL không chỉ đóng góp thêm một mảnh ghép quý giá vào bức tranh về nguồn gốc của sự sống phức tạp, mà còn mở ra một cách hiểu mới: sự tiến hóa không chỉ được thúc đẩy bởi đột biến di truyền hay chọn lọc tự nhiên, mà còn có thể bắt đầu từ những nguyên tắc vật lý đơn giản như thủy động lực học. Và đôi khi, chỉ cần đứng gần nhau đúng cách, sự sống đã có thể thay đổi mãi mãi.
Lấy link