DNA thường được hình dung như một chuỗi mang thông tin di truyền. Nhưng bên trong tế bào, DNA còn gấp thành cấu trúc không gian ba chiều. Những đoạn DNA cách xa nhau trên chuỗi có thể nằm gần nhau về mặt vật lý, qua đó ảnh hưởng đến thời điểm và mức độ hoạt động của các gene.
Nhóm nghiên cứu tại Đại học Vienna tái dựng cách bộ gene được tổ chức trong không gian ở bạch tuộc, mực và mực nang, sau đó so sánh cấu trúc này với hoạt động của các gene. Họ muốn tìm hiểu liệu sự thay đổi trong cách DNA gấp có thể góp phần tạo ra những đặc điểm thần kinh phức tạp hay không.
Theo TS Thea Rogers, tác giả chính của nghiên cứu, hiểu cấu trúc ba chiều thay đổi trong tiến hóa có thể giúp giải thích sự xuất hiện của những dạng phức tạp sinh học mới.
Các nhà khoa học tìm thấy bằng chứng cho thấy bộ gene của nhóm động vật chân đầu có vỏ trong, còn gọi là coleoid cephalopods, đã trải qua giai đoạn tái tổ chức rộng lớn. Những vùng DNA từng tách biệt được đưa lại gần nhau, tạo ra những cơ hội mới để gene tương tác và điều hòa hoạt động.
Điều này quan trọng vì các gene không hoạt động độc lập. Chúng được bật hoặc tắt theo những mạng lưới điều hòa, giúp tế bào hình thành và duy trì chức năng riêng. Khi cách gấp của DNA thay đổi, các vùng điều hòa có thể tiếp cận những gene khác trước đây, tạo ra một tổ hợp điều khiển mới mà không nhất thiết phải thay đổi toàn bộ mã di truyền.
Theo nhóm nghiên cứu, sự tái tổ chức cổ xưa này có thể đã giúp hình thành những kết nối gene liên quan đến hệ thần kinh phức tạp của bạch tuộc và các loài họ hàng. Đây là một hướng giải thích về tiến hóa, không phải khẳng định rằng chỉ một thay đổi cấu trúc DNA đã tạo ra trí thông minh của chúng.
Bạch tuộc có khả năng học qua trải nghiệm, giải quyết một số bài toán, thao tác đồ vật và thay đổi màu sắc hoặc kết cấu da để ngụy trang. Hệ thần kinh của chúng có cách tổ chức khác đáng kể so với động vật có xương sống; nhiều neuron nằm trong các cánh tay, cho phép từng bộ phận xử lý một phần thông tin và phối hợp với não trung tâm.
Những đặc điểm đó khiến động vật chân đầu trở thành mô hình hấp dẫn để nghiên cứu cách hệ thần kinh phức tạp tiến hóa độc lập. Nếu cấu trúc bộ gene góp phần tạo ra mạng lưới điều hòa mới, nó có thể bổ sung một cơ chế vào các lời giải thích vốn tập trung nhiều vào đột biến gene hoặc sự xuất hiện của gene mới.
Tuy nhiên, trí thông minh là đặc điểm được hình thành bởi nhiều yếu tố, bao gồm sinh lý thần kinh, phát triển, môi trường sống và chọn lọc tự nhiên. Cấu trúc DNA là một phần của câu chuyện, không phải lời giải thích duy nhất.
Công trình được công bố trên Nature Communications. Phát hiện mới mở rộng cách nhìn về nguồn gốc trí thông minh của bạch tuộc: sự phức tạp có thể không chỉ đến từ việc bổ sung gene mới, mà còn từ cách bộ gene cũ được sắp xếp lại và sử dụng theo những cách mới.