Năng lực đặc biệt giúp những chú đom đóm "trình diễn ánh sáng" trong đêm

Mỗi mùa hè, đom đóm “nổi tiếng” trên bầu trời đêm trong những màn trình diễn phát quang sinh học kỳ lạ, với đủ màu sắc - xanh lá cây, vàng, cam và thậm chí là xanh lam.

Khoa học đã biết đến hơn 2.000 loài đom đóm, mỗi loài có một kiểu nhấp nháy ánh sáng độc đáo riêng và các cơ quan phát sáng có hình dạng khác nhau.

Nhưng bạn đã bao giờ tự hỏi những loài côn trùng phát sáng này làm được như vậy chưa? Các nhà khoa học chắc chắn đã từng tự hỏi - và họ đã phát hiện ra hai gene quan trọng giúp đom đóm có “năng lực” đặc biệt này.

(Nguồn: National Geographic).

“Có ‘hai viên ngọc quý’ trong nghiên cứu đom đóm” - Xinhua Fu, nhà sinh vật học tại Đại học Nông nghiệp Hoa Trung ở Trung Quốc, cho biết.

• Đầu tiên là cách ấu trùng đom đóm phát triển nhanh chóng các cơ quan phát sáng của chúng thành một cấu trúc vật lý hoàn toàn khác khi trưởng thành.
• Thứ hai là cách đom đóm trưởng thành có thể điều khiển các cơ quan - thường được gọi là “đèn lồng” này - một cách chính xác, ví dụ nhấp nháy theo các “mẫu” giống như mã Morse khi bạn tình quyến rũ của chúng đang ở gần.

Trong một nghiên cứu công bố trên Tạp chí Nature Communications , Fu và đồng tác giả Xinlei Zhu đã giải mã bộ gene của loài đom đóm nước, Aquatica leii, được tìm thấy trên các đồng lúa ở Trung Quốc.

Họ tập trung vào hai gene chính chịu trách nhiệm cho sự hình thành, kích hoạt và định vị cơ quan phát sáng của đom đóm này: Alabd-B và AlUnc-4.

Đây là một điều bất ngờ, vì những gene này vốn đã được biết là hỗ trợ sự phát triển của đom đóm, nhưng chưa bao giờ được liên hệ với hiện tượng phát quang sinh học.

Fu cho biết phát hiện này cuối cùng có thể giúp các nhà khoa hiểu được cách những con bọ cánh cứng này tiến hóa khả năng phát sáng như pháo hoa.

Fu cho biết đây cũng là công việc quan trọng vì số lượng đom đóm đang “rơi tự do” trên toàn cầu. 18 loài hiện đang đối mặt với nguy cơ tuyệt chủng ở Mỹ, và nhiều loài khác trên toàn cầu đứng trước nguy cơ tương tự, do ô nhiễm ánh sáng, việc sử dụng thuốc trừ sâu, mất môi trường sống và các yếu tố khác.

Bí mật của ánh sáng “lập lòe”

Hóa ra, loài đom đóm trong nghiên cứu này lại là một loài mà Fu yêu thích: "Ông đã phát hiện ra loài này và đã nghiên cứu nó từ năm 2000, thậm chí còn nuôi một đàn đom đóm trong phòng thí nghiệm - nơi sản sinh ra tới 600.000 con đom đóm mỗi năm".

Quần thể này cho phép ông tăng cường nghiên cứu về khoảng thời gian chính xác 24 giờ ngay sau khi nhộng hình thành. Đó là thời điểm các cơ quan phát sáng trưởng thành của chúng phát triển.

(Nguồn: The New York Times).

Trong một thí nghiệm năm nay, Fu và Zhu bắt đầu chỉnh sửa bộ gene của những loài côn trùng này để xem hiệu ứng nào được tạo ra khi “tắt” hoặc loại bỏ một số gene nhất định.

Họ phát hiện ra rằng trong quá trình hóa nhộng, đom đóm kích hoạt các gene Alabd-B và AlUnc-4, khiến “đèn lồng” trưởng thành phát triển ở đúng vị trí trong bụng của chúng.

Jing-Ke Weng, nhà sinh hóa và Giám đốc Viện Giao diện Thực vật-Con người tại Đại học Northeastern ở Boston, cho rằng đây là một nghiên cứu "ấn tượng" vì sử dụng các công cụ và phân tích bộ gene tiên tiến.

Weng cho biết nghiên cứu này đặt nền tảng cho việc hiểu cách tổ tiên chung của đom đóm đã kết hợp hai gene này để phát sáng.

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức ở phía trước để mở rộng nghiên cứu tiến hóa - một phần do quá trình “tán tỉnh” phức tạp của chúng. Việc nuôi đom đóm khó khăn hơn nhiều so với nuôi chuột, ruồi giấm hoặc các loài động vật nghiên cứu phổ biến khác.

Hơn nữa, nghiên cứu này chỉ giới hạn ở con đực của một loài, A. leii, nghĩa là con đường này vẫn chưa được khám phá ở một nửa quần thể còn lại - những con cái. Fu có kế hoạch khắc phục điều này trong một nghiên cứu tiếp theo.

• Tại sao đom đóm lại phát sáng?
• Những hiện tượng thị giác kì lạ xảy ra với con mắt, bạn đã từng bị chưa?
• Tìm hiểu cơ chế phát sáng của đom đóm

Từ khóa liên quan:

đom đóm

khả năng phát sáng của đom đóm

kiểu nhấp nháy của đom đóm

côn trùng phát sáng

đom đóm nước

Aquatica leii

Xinhua Fu

Xinlei Zhu