Ngày xưa, chỉ có một dạng sống duy nhất trên Trái đất và đây là tổ tiên xưa nhất của tất cả các dạng tế bào trong vũ trụ (hay còn gọi là LUCA). Vào một thời điểm nào đó, nó phân chia thành vi khuẩn cổ archaea và vi khuẩn. Đây là hai trong ba dạng sống chính trên hành tinh của chúng ta.

Ít nhất, đây là những thứ mà chúng ta nghĩ là đã xảy ra. Tổ tiên của các sinh vật đơn bào có thể đã từng sống xung quang miệng phun thủy nhiệt (một khe nứt trên bề mặt một hành tinh, tạo ra một vùng nước được hâm nóng bởi địa nhiệt, những khu vực xung quanh địa điểm này là những nơi đa dạng về sinh học) cách đây 3.5 đến 3.8 tỉ năm. Đến nay, người ta không thể nào biết được hình thù của “ông tổ” những dạng sống trên Trái đất, hay cách chúng đã phân chia thành những dạng khác như thế nào?

Hình ảnh minh họa cho miệng phun thủy nhiệt (Ảnh: Youtube)

Để đi tìm câu trả lời, một nhóm các nhà nghiên cứu người Hà Lan đã tạo ra một dạng sinh vật mới trong phòng thí nghiệm. Loài sinh vật này được lấy hình mẫu từ những hiểu biết gần nhất của giới khoa học về LUCA. Loài vi khuẩn mới được tạo ra dựa trên thành tựu vượt bậc về sinh học phân tử. Nhóm nghiên cứu đã tích hợp cả hai đặc tính của vi khuẩn và vi khuẩn cổ archaeon, vì vậy dạng sống mới này có khả năng mang một số đặc điểm của LUCA.

Nhưng có một điều là, vi khuẩn và vi khuẩn cổ archaea đều có màng tế bào rất cứng, và chúng được tạo thành từ các phân tử béo gọi là phospholipid. Nhưng một trong những điểm khác biệt chính của hai nhóm này nằm ở cấu trúc phân tử lipid của chúng. Đồng tác giả của nghiên cứu - nhà sinh học phân tử Arnold Driessen thuộc Đại học Groningen, cho biết: "Các màng lipid của hai nhóm chính này rất khác nhau, tuy đều được tạo thành phospholipid nhưng chúng hoàn toàn trái ngược nhau”.

Bởi vì có sự khác biệt lớn trong hai loại màng tế bào nên có một giả thuyết về LUCA được nhiều người ủng hộ, đó là: tổ tiên của tất cả các loài sinh vật bị mất đi tính toàn vẹn vì cấu trúc lipid của nó chùng xuống. Từ đó, các phân tử sẽ tự sắp xếp thành hai loại màng tế bào ổn định, và thế là vi khuẩn và vi khuẩn cổ ra đời. Tuy nhiên, kết quả của nhóm nghiên cứu công bố lại chỉ ra một lỗ hổng lớn trong câu chuyện này.

Vì LUCA đã không còn tồn tại trên Trái đất nữa, nên bắt buộc các nhà khoa học phải tạo ra một loài hoàn toàn mới có màng tế bào là sản phẩm kết hợp của vi khuẩn và archaea, và chúng có chứa lipid.

Để làm được điều này, họ đã sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để chuyển các loại enzyme sản xuất lipid từ vi khuẩn và archaea thành một loại vi khuẩn mới tên là Escherichia coli. Trong sự kết hợp này, 30% phospholipids được thay thế bằng những chất thường chỉ tìm thấy trong thành tế bào của archaea.

Nhưng kết quả thí nghiệm lại trái ngược hoàn toàn với mong đợi của nhóm nghiên cứu, màng tế bào E. coli không bị vỡ ra ở các đường nối. Điều này cho thấy “cuộc chiến” của các phân tử lipid có thể không phải là nguyên nhân khiến cho LUCA phân chia hàng tỷ năm trước đây. Nhà nghiên cứu Driessen nói: "Kết quả này không ủng hộ giả thuyết rằng LUCA có một màng tế bào không ổn định và vì đó tạo ra sự phân chia lipid”.

Trên thực tế, loại E. coli mới lại phát triển tốt trong môi trường sống là đĩa petri. Nó có hình dạng lớn hơn những người “anh em” bình thường của nó và mức độ lipid archea cao làm cho nó ít bị va chạm với bề mặt. Mọi thứ đều ổn với dạng sống mới này. Ông Driessen cho rằng: "Sự mạnh mẽ của những tế bào hỗn hợp này làm chúng tôi ngạc nhiên. Rốt cuộc, những gì chúng tôi đã làm được đó là tạo ra một loài sinh vật mới”.

Vì vậy, các nhà sinh vật học tiến hóa lại phải quay lại để nghiên cứu về LUCA - và chắc chắn đây là một bí ẩn huyền bí khó lòng được giải quyết trong một sớm một chiều. Vào năm1859, thậm chí cả Charles Darwin cũng đã dự đoán sự tồn tại của loại tế bào tổ tiên này, ông nói: “Có lẽ tất cả các sinh vật hữu cơ mà từng sống trên Trái đất này đều là hậu duệ từ một dạng sống nguyên thủy nào đó – dạng sống lần đầu tiên biết hít thở”.

Nghiên cứu này đã được công bố trên PNAS.