Ở những vùng biển sâu, nơi ánh sáng Mặt Trời không thể chiếu tới, áp suất nước rất lớn và nguồn thức ăn vô cùng khan hiếm, nhiều sinh vật đã tiến hóa những cơ chế đặc biệt để tồn tại. Trong số đó, loài chân đều khổng lồ Bathynomus jamesi khiến các nhà khoa học chú ý nhờ khả năng nhịn ăn trong thời gian kéo dài tới hơn 5 năm.
Để tìm hiểu bí quyết giúp loài giáp xác này thích nghi với môi trường khắc nghiệt, nhóm nghiên cứu do nhà khoa học Jianbo Yuan thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã tiến hành so sánh hai loài chân đều. Một là B. jamesi, sinh sống ở độ sâu gần 900 m, và hai là B. doederleini, phân bố ở vùng nước nông hơn, khoảng 300 m.
Kết quả cho thấy loài sống ở vùng biển sâu có kích thước lớn hơn đáng kể và sở hữu chiếc dạ dày đặc biệt có thể giãn nở, chiếm tới khoảng hai phần ba khoang cơ thể. Cấu tạo này giúp chúng ăn một lượng thức ăn rất lớn trong những lần hiếm hoi tìm được con mồi, sau đó dự trữ dinh dưỡng để sử dụng trong thời gian dài.
Tuy nhiên, theo các nhà khoa học, khả năng dự trữ thức ăn chỉ là một phần của câu chuyện. Điều giúp Bathynomus jamesi sống sót qua những giai đoạn thiếu thức ăn kéo dài chính là tốc độ trao đổi chất cực thấp.
Khi giải mã bộ gen của hai loài, nhóm nghiên cứu phát hiện B. jamesi sở hữu một gen điều hòa năng lượng quan trọng mang tên ND1. Điều đáng chú ý là gen này không có nguồn gốc từ tổ tiên của loài chân đều mà được cho là xuất phát từ một loại vi khuẩn cộng sinh thông qua cơ chế chuyển gen ngang (HTG) - quá trình trao đổi vật chất di truyền giữa các loài không có quan hệ huyết thống trong quá trình tiến hóa.
Để kiểm chứng vai trò của ND1, các nhà nghiên cứu tạo ra những con cá ngựa vằn biến đổi gen mang đoạn gen này và theo dõi phản ứng của chúng trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau.
Kết quả cho thấy ở nhiệt độ phòng, những con cá mang gen ND1 tiêu thụ năng lượng nhanh hơn và nhanh kiệt sức hơn. Tuy nhiên, khi được đặt trong môi trường nước lạnh mô phỏng điều kiện đáy biển sâu, ND1 lại hoạt động theo cách hoàn toàn khác.
Theo nhóm nghiên cứu, gen này giống như một "chiếc van" điều tiết năng lượng, có khả năng ức chế hoạt động của ty thể, từ đó làm chậm quá trình trao đổi chất và giúp sinh vật kéo dài thời gian sống sót khi bị bỏ đói thêm khoảng 37%.
Không chỉ vậy, hệ vi sinh vật trong dạ dày của Bathynomus jamesi cũng góp phần quan trọng vào khả năng thích nghi của loài này. Các nhà khoa học phát hiện sự hiện diện của vi khuẩn Chlamydiae - nhóm vi khuẩn vốn nổi tiếng là tác nhân gây bệnh ở nhiều loài động vật và con người.
Tuy nhiên, trong cơ thể loài chân đều biển sâu, chúng lại tồn tại theo mối quan hệ cộng sinh. Thay vì gây hại, các vi khuẩn này tham gia tổng hợp và tích trữ axit béo cho vật chủ, giúp tối ưu nguồn năng lượng dự trữ trong môi trường biển sâu thiếu thức ăn.
Theo nhà nghiên cứu Jianbo Yuan, phát hiện mới không chỉ giúp làm rõ hơn quá trình tiến hóa của các sinh vật biển sâu mà còn mở ra nhiều triển vọng cho y học. Cơ chế hoạt động của gen ND1 có thể mang lại gợi ý trong nghiên cứu kiểm soát bệnh béo phì thông qua điều chỉnh quá trình trao đổi chất, đồng thời hỗ trợ phát triển các phương pháp bảo quản mô và nội tạng cấy ghép trong điều kiện nhiệt độ thấp.
