Các nhà khoa học phát hiện ra một sinh vật mới, tồn tại giữa sự sống và không phải sự sống

Mới đây, một phát hiện đột phá đã làm rung chuyển nền tảng của sinh học phân loại: sự xuất hiện của một thực thể mang tên Sukunaarchaeum mirabile, một sinh vật dường như tồn tại ở ranh giới mong manh giữa những gì chúng ta vẫn gọi là "sự sống" và "không phải sự sống". Phát hiện này không chỉ mở ra một chương mới trong khoa học mà còn gợi lên những câu hỏi sâu sắc về nguồn gốc và sự đa dạng của sinh vật trên hành tinh.

Trong nhiều thập kỷ, virus đã luôn là đối tượng gây tranh cãi gay gắt trong giới khoa học khi bàn về định nghĩa sự sống. Chúng không thể tự sinh sản, không tự tạo ra năng lượng, và hoàn toàn phụ thuộc vào tế bào chủ để duy trì hoạt động.

Một khi virus rời khỏi vật chủ, chúng trở nên bất hoạt và trở thành là một hạt vật chất vô tri. Tuy nhiên, khi xâm nhập vào một tế bào sống, chúng lại thể hiện khả năng nhân bản phi thường, thậm chí gây ra những đại dịch toàn cầu có sức tàn phá kinh hoàng như cúm Tây Ban Nha hay COVID-19.

Chính sự tồn tại kép này đã khiến virus nằm trong một "vùng xám" sinh học, vừa hiện diện vừa vắng mặt trong cây sự sống. Và giờ đây, Sukunaarchaeum mirabile xuất hiện, làm phức tạp hóa thêm bức tranh vốn đã đầy thách thức ấy.

Trong nghiên cứu mới được đăng tải trên kho lưu trữ bioRxiv , một nhóm các nhà khoa học đến từ Canada và Nhật Bản đã mô tả về sinh vật độc đáo này. Sukunaarchaeum mirabile mang trong mình những đặc điểm giao thoa đến kinh ngạc.

Giống như một virus, nó có một bộ gen thiếu gần như tất cả các con đường trao đổi chất thiết yếu mà một tế bào sống điển hình cần có. Điều này có nghĩa là, để tồn tại và phát triển, Sukunaarchaeum phải chuyển giao hầu hết các chức năng sinh học quan trọng cho vật chủ của mình, thể hiện mức độ phụ thuộc trao đổi chất chưa từng thấy, tương tự như cách virus ký sinh.

Các tác giả nghiên cứu nhấn mạnh rằng tình trạng này "thách thức sự khác biệt về chức năng giữa sự sống tế bào tối thiểu và virus". Sự ám ảnh của nó với việc tự nhân bản cũng gợi nhớ mạnh mẽ đến chiến lược sống của virus.

Tuy nhiên, điều làm nên sự khác biệt và bí ẩn của Sukunaarchaeum chính là khả năng tự thân tạo ra ribosome và RNA thông tin (mRNA). Đây là hai thành phần cốt lõi của bộ máy sinh tổng hợp protein, một chức năng thiết yếu của bất kỳ tế bào sống nào, nhưng lại hoàn toàn vắng mặt ở virus. Virus thường phải "cướp đoạt" ribosome của tế bào chủ để dịch mã vật chất di truyền của chúng thành protein.

Việc Sukunaarchaeum tự sở hữu các gen cần thiết cho các thành phần này ngụ ý rằng nó có một mức độ độc lập cao hơn nhiều so với virus, đẩy nó vượt ra khỏi định nghĩa truyền thống về một tác nhân gây bệnh siêu vi. Nó sở hữu "bộ máy cho lõi sao chép của nó: sao chép DNA, phiên mã và dịch mã", điều này đặt nó vào một vị trí trung gian, nơi nó vừa là ký sinh trùng cực đoan, vừa giữ lại những đặc điểm cơ bản nhất của một thực thể tế bào.

Trên thực tế, khám phá về Sukunaarchaeum diễn ra  theo một cách hoàn toàn tình cờ, bởi ban đầu, dưới sự dẫn dắt của Ryo Harada, một nhà sinh học phân tử từ Đại học Dalhousie ở Halifax, Nova Scotia, nhóm nghiên cứu đang phân tích bộ gen vi khuẩn của sinh vật phù du biển Citharistes regius .

Trong quá trình này, họ phát hiện ra một vòng DNA bí ẩn không phù hợp với bất kỳ loài nào đã được biết đến. Sau khi phân tích sâu hơn, họ xác định rằng sinh vật này thuộc về Archaea, một trong ba miền của sự sống, cùng với Vi khuẩn (Bacteria) và Sinh vật nhân chuẩn (Eukaryota).

Archaea là những sinh vật đơn bào cổ xưa, và chính từ nhánh này mà các tế bào nhân chuẩn (bao gồm cả con người) đã tiến hóa cách đây hàng tỷ năm. Sự liên kết của Sukunaarchaeum với Archaea càng làm tăng thêm ý nghĩa tiến hóa của nó, gợi ý về một hình thái sống cổ xưa và tối giản.

Điểm nổi bật nhất về mặt cấu trúc di truyền của Sukunaarchaeum chính là sự giảm thiểu bộ gen đến mức cực đoan của nó. Với chỉ 238.000 cặp bazơ DNA, bộ gen của nó là một trong những bộ gen nhỏ nhất từng được phát hiện.

Để hình dung sự nhỏ bé này, các loại virus lớn có thể chứa hàng trăm nghìn, thậm chí hàng triệu cặp bazơ. Quan trọng hơn, bộ gen hoàn chỉnh nhỏ nhất từng được biết đến trong nhóm Archaea trước đây là 490.000 cặp bazơ.

Điều này có nghĩa là Sukunaarchaeum sở hữu lượng vật chất di truyền ít hơn một nửa so với bộ gen vi khuẩn cổ nhỏ nhất được biết đến trước đó. Mức độ tối giản này cho thấy một sự thích nghi cực đoan để dựa vào vật chủ, đồng thời giữ lại những gen tối thiểu cần thiết cho sự tồn tại độc lập cơ bản của bộ máy sao chép và dịch mã.

Phát hiện về Sukunaarchaeum mirabile không chỉ là một cột mốc trong việc khám phá đa dạng sinh học mà còn mở ra cánh cửa cho những suy tư sâu sắc về quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái Đất.

Nó có thể đại diện cho một dạng sống trung gian mà chúng ta chưa từng biết đến, một "mắt xích bị thiếu" giữa virus và tế bào sống hoàn chỉnh. Liệu đây có phải là một ví dụ về cách một tế bào sống nguyên thủy đã tối giản hóa bộ gen của mình để trở thành ký sinh, hay ngược lại, một virus đã tiến hóa thêm các chức năng tế bào cơ bản?

Sự tồn tại của Sukunaarchaeum gợi ý rằng có thể có nhiều dạng sống độc đáo và khó phân loại khác đang ẩn mình trong môi trường, đặc biệt là trong các hệ sinh thái phức tạp và chưa được khám phá sâu rộng như đại dương. Nó thách thức quan điểm nhị nguyên về sự sống và phi sự sống, thay vào đó vẽ nên một bức tranh liên tục, nơi các thực thể tồn tại trên một quang phổ rộng lớn của sự phụ thuộc và tự chủ.