Oxford hé lộ: Hai 'cú sốc' nhân đôi gene cách đây nửa tỷ năm đã khai sinh trí tuệ động vật có xương sống

Một nghiên cứu mang tính bước ngoặt do Đại học Oxford dẫn đầu, vừa công bố trên tạp chí Nature vào ngày 10 tháng 6 năm 2026, đã hé lộ một chương đầy kịch tính trong lịch sử sự sống. Theo đó, chìa khóa để giải mã sự phức tạp vượt trội của bộ não động vật có xương sống (bao gồm cả con người) nằm ở hai sự kiện ‘đại hồng thủy di truyền’ – hai lần nhân đôi toàn bộ bộ gene (Whole-Genome Duplication - WGD) xảy ra cách đây khoảng 520 và 500 triệu năm .

Phát hiện này đã giải quyết một cuộc tranh luận khoa học kéo dài hàng thập kỷ. Bằng cách so sánh dữ liệu phiên mã (transcriptome) ở cấp độ tế bào đơn từ năm loài sinh vật đại diện – con người, chuột, thằn lằn, cá mút đá (một loài cá không hàm nguyên thủy), và amphioxus (một họ hàng không xương sống gần gũi) – nhóm nghiên cứu đã đưa ra bằng chứng thuyết phục rằng chính những lần sao chép hàng loạt, hiếm gặp này, chứ không phải các đột biến gene nhỏ giọt trong thời gian dài, mới là động lực chính thúc đẩy sự bùng nổ đa dạng của các loại tế bào não .

Cuộc tranh cãi về ‘Vụ nổ lớn’ của trí tuệ

Từ lâu, các nhà khoa học đã chia làm hai phe trong câu hỏi về nguồn gốc của sự đa dạng tế bào não. Một bên cho rằng nó bắt nguồn từ hai sự kiện WGD hiếm hoi ở tổ tiên động vật có xương sống. Bên còn lại nghi ngờ điều này, cho rằng sự tiến hóa của não bộ là kết quả của vô số các đột biến nhân đôi gene quy mô nhỏ (small-scale duplications) tích lũy qua hàng trăm triệu năm .

Nghiên cứu của Oxford đã dập tắt mọi nghi ngờ. Họ phát hiện ra rằng các cặp gene còn sót lại từ sự kiện WGD, được gọi là ‘ohnologues’ (đặt theo tên nhà khoa học Susumu Ohno), chiếm một tỷ lệ áp đảo và đóng vai trò nổi bật hơn hẳn như những dấu ấn sinh học (markers) của các loại tế bào não riêng biệt . Nói cách khác, gene từ WGD quan trọng hơn nhiều so với gene từ các con đường nhân đôi khác trong việc định danh và tạo nên sự chuyên biệt hóa của tế bào thần kinh.

‘Chia để trị’: Chiến lược đằng sau sự phức tạp

Điều thú vị là hầu hết các gene bị nhân đôi không tiến hóa để tạo ra những chức năng hoàn toàn mới ngay lập tức. Chúng áp dụng một chiến lược khôn ngoan hơn: phân chia nhiệm vụ của gene tổ tiên (subfunctionalization). Một gene cổ đại từng đảm nhiệm nhiều vai trò khác nhau sẽ sinh ra hai bản sao, và mỗi bản sao sẽ chuyên trách một phần nhiệm vụ gốc, đồng thời chịu sự điều chỉnh của chọn lọc liều lượng (dosage selection) .

Điều này giống như việc một quản lý đa năng trong công ty khởi nghiệp ban đầu, khi công ty mở rộng quy mô (toàn bộ gene được nhân đôi), sẽ có hai nhân viên kế thừa. Thay vì cả hai cùng làm việc y hệt, một người chuyên lo marketing, người kia tập trung vào bán hàng. Sự chuyên môn hóa này cho phép hệ thống trở nên phức tạp và hiệu quả hơn. Bằng chứng từ nghiên cứu cho thấy ở amphioxus, các gene điều hòa quan trọng hoạt động rộng rãi trên nhiều loại tế bào. Nhưng ở động vật có xương sống, các bản sao nhân đôi của chúng được triển khai một cách tinh vi trong những loại tế bào khác nhau, từ đó hình thành nên các bản sắc tế bào riêng biệt, là nền tảng cho một bộ não phức tạp .

Di sản kéo dài nửa tỷ năm

Tác động của hai sự kiện WGD cổ đại này không chỉ dừng lại ở quá khứ xa xôi. Giáo sư Sebastian Shimeld (Đại học Oxford), tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh: “Phát hiện của chúng tôi tiết lộ rằng hai sự kiện nhân đôi di truyền là nền tảng cho sự tiến hóa của những bộ não phức tạp. Bằng cách nhân đôi mọi gene trong bộ gene, tự nhiên đã có được nguyên liệu thô để tái sử dụng, xây dựng nên các loại tế bào não mới" .

Đồng tác giả, Giáo sư Peter Holland, nói thêm một cách đầy hình ảnh: “Các tế bào não mới cần những gene mới. Và không phải gene nào cũng được—đó là những gene thừa được tạo ra từ sự cố tình cờ nhân đôi DNA trước khi những con cá đầu tiên bơi trong lòng đại dương" . Nghiên cứu chỉ ra rằng, các gene ohnologues tiếp tục đóng vai trò định hình các loại tế bào mới ngay cả trong những cấu trúc não tiến hóa gần đây hơn như tiểu não. Điều này chứng tỏ một ảnh hưởng hệ thống và lâu dài, đã ‘tiếp sức’ cho sự tiến hóa của tế bào não động vật có xương sống trong suốt hàng trăm triệu năm sau đó .

Bạn có thể tìm đọc chi tiết nghiên cứu tại:
Shimeld, S. et al., Whole-genome duplication shaped cell-type evolution in the vertebrate brain, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-10629-x
University of Oxford press release, "Ancient genome duplications laid the foundations of complex brains," Phys.org, June 10, 2026.
ORA record (Oxford University Research Archive), preprint abstract for Shimeld et al. (2025/2026).