Loài tê giác một sừng đã tuyệt chủng ở Việt Nam và nhiều loài khác trên thế giới cũng không còn tồn tại. Ngoài việc cố gắng bảo vệ những loài có nguy cơ mất đi, các nhà khoa học cũng nỗ lực hồi sinh các loài tuyệt chủng bằng công nghệ di truyền. Liệu khoa học cũng sẽ đem những động vật tiền sử quay trở lại?
Tê giác trắng phương bắc đang bị đe dọa tuyệt chủng
Nội dung
Khi các nhà khoa học trở thành ông mai bà mối
Vào chiều muộn một ngày tháng Tư năm 2002, một chú chim mảnh dẻ màu xanh-be với cổ trắng và một chiếc mặt nạ mắt màu đen đã được thả vào một khu rừng rậm trên hòn đảo Maui của Hawaii. Chú chim được phóng thích, cô nàng thì đúng hơn, là một trong ba con po’ouli cuối cùng (“poh-oh-oolee” – phát âm theo tiếng địa phương), một loài chim hút mật được phát hiện vào năm 1973. Các nhà khoa học tin rằng có một chú chim trống trong số ba cá thể còn lại, do vậy họ khao khát dàn xếp một cuộc gặp gỡ cho chúng. Về phần những chú chim po’ouli, chúng lại hoàn toàn không có chút băn khoăn nào về số phận giống loài của mình. Vậy nên để thúc đẩy việc này, một ngày trước đó, nhóm các nhà nghiên cứu đã bắt nàng chim mái và lắp một máy phát sóng vô tuyến nhỏ cho cô nàng, rồi đem thả nó ở khu vực lần cuối người ta nhìn thấy con chim trống. Sáng hôm sau các nhà nghiên cứu lên đường cùng với những thiết bị bắt sóng để lần theo hành trình của con chim mái. Họ nhanh chóng tìm thấy cô nàng, đang kiên quyết tìm cách quay lại lãnh thổ của mình.
Những chuyện tình thất bại như thế này không xa lạ với ngành bảo tồn. Khi một loài bị giảm xuống còn vài cá thể, các nhà nghiên cứu sẽ nỗ lực thiết lập những cuộc hôn nhân dàn xếp. Nếu không thể tạo điều kiện cho chúng giao phối trong môi trường tự nhiên, họ sẽ cố gắng gây giống trong môi trường nuôi nhốt, sau đó thả chúng về lại tự nhiên. Nhờ đó, loài kền kền California đã được đưa trở lại từ 22 cá thể, cũng như linh dương sừng thẳng Ả Rập được hồi phục từ chín cá thể ban đầu. Với loài chim po’ouli, người ta đã quyết định đưa bộ ba bất đắc dĩ này về môi trường nuôi nhốt. Con trống bị bắt vào tháng Chín năm 2004. Nó đã già, chỉ còn một mắt và chết sau đó vài tuần. Hai cá thể còn lại được phát hiện gần như cùng lúc nhưng sau đó người ta không bao giờ nhìn thấy chúng nữa.
Hồi sinh các loài tuyệt chủng từ tế bào cấp đông
Vậy đó, bạn có thể nghĩ rằng đây là kết thúc buồn của loài chim po’ouli. Tuy nhiên, công nghệ sinh sản và di truyền phát triển cách đây một thập kỷ nhắm đến những kết quả khác, điều mà ở thời điểm đó khó có thể hình dung được. Một nhóm tế bào của con chim trống một mắt đã được lưu trữ ở Ngân hàng Đa dạng sinh học Đời sống hoang dã San Diego (San Diego Wildlife Biodiversity Bank) hay còn gọi là Sở thú cấp đông (Frozen Zoo). Lưu giữ mẫu tế bào của các loài trong tự nhiên không còn là điều gì đó bất thường; các ngân hàng hạt giống đã thực hiện việc này từ đầu thế kỷ 20. Tuy nhiên, ở cơ sở San Diego, các mẫu mô không chỉ được lưu trữ mà còn được nuôi cấy trong tế bào sống. Oliver Ryder, giám đốc di truyền học bảo tồn, trầm ngâm khi quan sát nhiễm sắc thể của loài po’ouli qua kính hiển vi, ông nhận thức được rằng, ông đang xem xét dữ liệu di truyền của một loài đã không còn tồn tại. “Với nhiều người, tuyệt chủng chỉ là một khái niệm trừu tượng, tuy nhiên, với một số người trong chúng tôi, điều đó thật sự đau lòng”, ông nói.
Tiến sĩ Ryder và những người khác đang phát triển các kỹ thuật, về mặt lý thuyết, có thể tạo ra một con non sống, sau khi những thành viên cuối cùng của giống loài này đã chết một thời gian lâu trước đó. Họ không phải là những người đầu tiên tiến hành công việc này. Vào năm 2009, một nhóm những nhà nghiên cứu thông báo, họ đã cho ra đời con non của bucardo, một loài dê rừng Tây Ban Nha đã tuyệt chủng chín năm trước. Một mẫu sinh thiết da lấy từ cá thể cái cuối cùng đã tạo ra những tế bào sống. Nhóm nghiên cứu đã tách DNA từ những tế bào này và tiêm chúng vào những quả trứng trống của giống dê nhà. Họ đã sử dụng một dòng điện để hợp nhất DNA với “vỏ” của tế bào trứng và tạo ra hơn 400 phôi, tất cả đều mang gen của loài dê rừng. Hơn 200 phôi đã được chuyển vào tử cung của những con dê nhà tuy nhiên chỉ duy nhất một ca thành công. Con non chào đời bằng phương pháp sinh mổ vào năm 2003 nhưng chỉ sống được vài phút, theo một bài báo trên tạp chí Theriogenology.
Not looking swell, Dolly – Dolly không ổn lắm
(Chú thích: Tác giả mượn một câu trong bài hát “Hello, Dolly”)
Kỹ thuật dùng để tạo ra con non bucardo có tuổi thọ ngắn ngủi cũng tương tự như kỹ thuật đã sử dụng để tạo ra Dolly, một chú cừu nhân bản, vào năm 1996. DNA của nó được di truyền chủ yếu từ một cá thể duy nhất. Thậm chí nếu con non bucardo có thể sống, nó chỉ có thể làm gia tăng một quần thể vô tính, đối lập với sự đa dạng sinh học mà trong đó, đa dạng di truyền là điều thiết yếu. Những nỗ lực giải cứu một giống loài khỏi bờ vực tuyệt chủng phải bắt đầu từ rất lâu trước khi chỉ còn lại một cá thể duy nhất hoặc thậm chí là ba.
Do đó, những tế bào đang cấp đông của con chim trống po’ouli cuối cùng sẽ không có khả năng tái sinh một quần thể mới. Nhưng bên cạnh chúng ở cơ sở San Diego là những ống nghiệm chứa đựng một sự hứa hẹn khác. Bên trong các ống nghiệm này là những gì còn lại của không chỉ một mà là mười hai con tê giác trắng phương Bắc, gồm năm con đực và bảy con cái. Tê giác trắng phương Bắc được biết đến như một loài “tuyệt chủng chức năng”: con đực cuối cùng, Sudan, đã chết năm 2018, chỉ để lại hai con cái là một cặp mẹ-con đang ở Kenya, được đặt tên là Najin và Fatu. Tuy nhiên, trước đó tại một cuộc họp ở Vienna diễn ra năm 2015, các nhà nghiên cứu đã thống nhất một phương pháp tiếp cận song song nhằm ngăn sự tuyệt chủng ở loài tê giác này.
Hồi sinh Tê giác trắng phương Bắc – Phương pháp tiếp cận song song
1. IVF – Phương pháp tiếp cận đòi hỏi sự hợp tác đa quốc gia
Phương pháp tiếp cận đầu tiên do nhóm BioRescue dẫn dắt, sử dụng phiên bản IVF (thụ tinh trong ống nghiệm) phần lớn đòi hỏi sự di chuyển giữa các quốc gia hơn là can thiệp thủ thuật của con người. Năm lần kể từ năm 2019, một nhóm gồm các nhà nghiên cứu, các nhà bảo tồn, kiểm lâm và bác sĩ thú y đã tập trung tại một công viên ở Kenya để chọc hút noãn (tế bào trứng trưởng thành) từ buồng trứng của một hoặc cả hai con tê giác cái, cả hai đều đã được gây mê toàn thân trong quá trình này. Số noãn này ngay lập tức được gửi đến Ý, nơi chúng được thụ tinh với tinh trùng được rã đông của một cá thể đực đã chết đang được lưu trữ tế bào ở Đức. Tinh trùng được tiêm trực tiếp vào trứng bằng kim tiêm. Sau đó, chúng được đặt trong một lồng ấp được thiết kế đặc biệt có trang bị camera cho phép nhóm nghiên cứu theo dõi tế bào phát triển. Những phôi phát triển thành công sẽ được đặt trong môi trường nitơ lỏng để giữ an toàn chờ đến khi nhóm nghiên cứu sẵn sàng cấy chúng vào tử cung một con tê giác cái.
Lần lấy trứng (noãn) gần đây nhất được thực hiện vào ngày 28 tháng Ba. Fatu đã cho tổng cộng 19 noãn, 14 noãn trong số đó đã được thụ tinh với tinh trùng của Suni, con đực đã chết năm 2014. Bốn noãn phát triển thành phôi sống thành công, nâng tổng số phôi đông lạnh lên chín phôi. Tiếp theo, số phôi này sẽ được cấy vào tử cung của con cái. Cả Najin và Fatu đều được cho là không đủ an toàn để mang thai, do đó, số phôi này sẽ được giao cho một con tê giác cái trắng phương Nam, một loài họ hàng có quần thể tự nhiên khỏe mạnh. Trước khi tiến hành cấy phôi, BioRescue đã thử nghiệm quy trình IVF với tế bào của tê giác trắng phương Nam. Quy trình này cho ra kết quả là những phôi sống có vẻ khỏe mạnh, tuy nhiên, không phôi nào dẫn đến một ca sinh nở thành công. Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng, chuyển phôi trong môi trường tự nhiên thay vì ở vườn thú châu Âu sẽ cải thiện được cơ hội thành công.
Najin và Fatu ở vườn thú Kenya
2. IVG – Đa dạng di truyền là yếu tố then chốt của bảo tồn
Thomas Hildebrandt thuộc Viện Leibniz chuyên nghiên cứu Sở thú và Động vật hoang dã, người đang chỉ đạo phần lớn công việc, cho rằng, chỉ còn một thời gian ngắn để chuyển giao hiệu quả vì cả Najin và Fatu đều đã khá già. “Chúng tôi có thể cố gắng bảo tồn các vật liệu sinh học một cách tốt nhất” ông nói “nhưng chúng tôi không thể bảo tồn các kiến thức xã hội. Và chúng tôi cũng chỉ còn mỗi hai tê giác có thể dạy dỗ một con non cách cư xử như một con tê giác trắng phương Bắc.” Ngoài ra cách tiếp cận IVF vẫn đang đối mặt với những hạn chế cơ bản của đa dạng di truyền. Các phôi của Fatu chỉ mang gen của nó và Suni. Trong khi đó, những tế bào đang cấp đông ở -195oC tại San Diego và những kho lưu trữ đông lạnh khác đa dạng hơn nhiều. Chúng chính là chìa khóa dẫn đến chiến lược thứ hai để cứu loài tê giác trắng phương Bắc.
Để xác định liệu họ, về mặt lý thuyết, có thể phục hồi một quần thể khỏe mạnh hay không, Tiến sĩ Ryder đã tiến hành giải trình tự gen bộ sưu tập ở San Diego. Ông nói, “Chúng tôi phát hiện ra rằng các biến thể di truyền ở mười hai mẫu tế bào này thậm chí còn nhiều hơn ở quần thể tê giác trắng phương Nam hiện đang còn sống (khoảng 20.000 con). Nếu chúng tôi có thể chuyển những tế bào này thành những sinh vật sống thì không có lý do gì để hoài nghi việc phục hồi tê giác trắng phương Bắc.”
Việc cần làm bây giờ là chuyển những tế bào biểu bì đang cấp đông của những con tê giác đã chết thành trứng mang mầm sống. Katsuhiko Hayashi, một nhà sinh học sinh sản tại Đại học Kyushu Nhật Bản, và các đồng nghiệp đã chứng minh một phương pháp thực hiện điều đó. Năm 2016, nhóm nghiên cứu này đã tạo thành công chuột con từ tế bào biểu bì và tinh trùng. Họ lấy tế bào từ chóp đuôi của những con chuột trưởng thành, nuôi cấy chúng, sau đó ngâm chúng trong chất truyền tin hóa học (chemical signals) nhằm tái lập trình một số tế bào thành các tế bào gốc đa năng cảm ứng (induced Pluripotent Stem Cells- iPSC) – là những dạng tế bào đặc biệt có thể phát triển thành bất kỳ tế bào nào trong cơ thể bao gồm cả noãn. Số noãn này được thụ tinh và cấy vào tử cung những con chuột cái trưởng thành. Kết quả cho ra đời những con chuột sống và chúng tiếp tục sinh sản.
Nhen nhóm hy vọng hồi sinh các loài tuyệt chủng
Một con chuột dĩ nhiên khác xa với những con tê giác. Tuy nhiên vào đầu năm nay, Marisa Korody thuộc Liên minh Động vật Hoang dã Sở thú San Diego và các đồng nghiệp tại Viện Nghiên cứu Scripps ở La Jolla cho biết, họ đã tái lập trình thành công tế bào biểu bì của chín trong số mười hai con tê giác trắng phương Bắc đã chết, để tạo thành các tế bào gốc đa năng cảm ứng. BioRescue cũng đạt được thành công tương tự. Mặc dù vậy, không phải tất cả các tế bào dạng này đều thực sự đa năng, do đó hiển nhiên nhóm nghiên cứu sẽ không thể tạo ra noãn. Tuy nhiên, các thí nghiệm ban đầu đầy hứa hẹn.
Hiện giờ, bộ sưu tập đang cấp đông tại Ngân hàng Đa dạng Sinh học Động vật Hoang dã San Diego chứa hơn 10.000 dòng tế bào thuộc 1.100 loài và phân loài của động vật có xương sống, cộng với các mẫu mô và mẫu máu chưa được nuôi cấy. Những ngân hàng sinh học khác hiện được nắm giữ bởi các thành viên của dự án Frozen Ark, do Đại học Nottingham của Anh điều hành. Chưa biết việc hồi sinh các loài tuyệt chủng trong vài năm tới có khả thi hay không, tuy nhiên các ngân hàng sinh học này có thể được sử dụng để cải thiện sự đa dạng di truyền ở các loài có nguy cơ tuyệt chủng. Ví dụ, loài chồn chân đen ở Mỹ gần như đã bị xóa sổ vào thế kỷ 20 trước khi được giải cứu nhờ đem 18 cá thể còn sống sót về môi trường nuôi nhốt. Năm 2015, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc cho thụ tinh những con cái với tinh trùng được cấp đông ở Viện Sinh học Bảo tồn Smithsonian có thể làm tăng sự đa dạng di truyền của loài chồn này.
Hồi sinh các loài tuyệt chủng đem lại giá trị thương mại
Công việc tương tự trong tương lai có thể khôi phục những quần thể có giá trị thương mại – chẳng hạn như ngành đánh bắt cá đang bị đe dọa – nhưng chỉ khi các tế bào được trữ ngay từ bây giờ và chưa biết trong bao lâu. Điều đó nói lên rằng, không phải tất cả tế bào đều thích hợp để lưu trữ trong môi trường nitơ lỏng. Bảo quản lạnh rất tốn kém và tiêu tốn năng lượng. Trong một bài báo xuất bản vào tháng Bảy năm 2020, Joseph Saragusty thuộc Đại học Teramo (Ý) và các đồng nghiệp của ông cho biết, cho đến nay chúng ta chỉ mới bảo quản được tinh trùng của 116 loài – xấp xỉ 2% tổng số các loài động vật có vú, chỉ có một số rất ít loài đang được bảo quản trứng, bên cạnh đó còn có phôi của 51 loài. Theo báo cáo, các ca sinh sản được tạo ra từ tinh trùng cấp đông của các loài động vật có vú chỉ ở khoảng 45 loài. Phương pháp bảo quản lạnh có thể giữ những loài này ở trạng thái “tạm dừng sinh học” (suspended animation) trong khi chờ đợi các công nghệ mới ra đời hoặc cải tiến những công nghệ hiện tại. Kurt Benirschke – người tạo ra bộ sưu tập ở San Diego – cho thấy một tầm nhìn xa trông rộng khi tuyên bố: “Chúng ta phải lưu trữ những thứ mà chúng ta chưa hiểu rõ lý do vì sao”.
Tất cả chúng ta đều hy vọng và trông chờ khoa học sẽ giúp hồi sinh các loài tuyệt chủng từ nhiều triệu năm trước, mặc dù điều này có vẻ khó được thực hiện trong tương lai gần. Tuy nhiên, con người với sự tò mò và khao khát chinh phục đã hiện thực hóa nhiều ước mơ từng được cho là viển vông trước đây. Đặc biệt, với tốc độ phát triển công nghệ kỹ thuật đáng kinh ngạc như hiện nay, chúng ta hoàn toàn có cơ sở để tin tưởng điều đó. Một ngày không xa, chúng ta sẽ được chiêm ngưỡng những loài thằn lằn khổng lồ đã tuyệt chủng một cách sống động và chân thật nhất, nhưng không phải qua mô hình 3D hay phim ảnh, mà ở đâu đó trong một khu bảo tồn chẳng hạn.
Nếu bạn thích những chủ đề liên quan đến ứng dụng công nghệ vào đời sống, bạn hãy để lại bình luận cho chúng tôi nhé.
Còn bây giờ, nếu bạn đang băn khoăn liệu bạn có thể đi du lịch sau khi Covid qua đi và liệu Covid có ảnh hưởng đến thủ tục du lịch không, hãy đọc bài viết “Hộ chiếu vắc xin“ của chúng tôi.