Nằm sâu trong bộ não con người, tuyến tùng nhỏ bé vẫn âm thầm điều hòa nhịp sinh học hàng ngày khi màn đêm buông xuống. Ít ai ngờ rằng, cơ quan khiêm tốn này từng là một "mắt thứ ba" giúp các loài sinh vật cổ đại nhận biết ánh sáng.
Trong một bài tổng quan đăng trên tạp chí uy tín Current Biology, các nhà nghiên cứu từ Đại học Lund và Đại học Sussex đã đưa ra giả thuyết táo bạo: Tuyến tùng chính là tàn tích trung tâm còn sót lại từ một con mắt nguyên thủy - nguồn cội thực sự hình thành nên đôi mắt hoàn chỉnh của các loài có xương sống hiện đại.
Bước ngoặt tiến hóa dưới đáy đại dương cổ đại
Khoảng 560 triệu năm trước, tổ tiên xa xưa của loài có xương sống không phải là những sinh vật săn mồi dũng mãnh, mà là một loài động vật biến đổi nhỏ bé giống như giun, sống vùi mình dưới cát biển để lọc thức ăn. Ở giai đoạn sống chậm chạp này, đôi mắt hướng sang hai bên vốn giúp định hướng cho các hành vi di chuyển chủ động dần trở nên vô dụng và thoái hóa hoàn toàn.
Thay vào đó, sinh vật này duy trì và phát triển một cơ quan cảm quang duy nhất nằm ngay trên đỉnh đầu. Con mắt trung tâm này đóng vai trò như một cỗ máy đếm thời gian đơn sơ, giúp nó phân biệt ngày và đêm, nhận biết liệu cơ thể có đang bị phơi bày trước nguy hiểm hay không và duy trì tư thế thăng bằng.
Sự thay đổi lớn xảy ra khi các thế hệ hậu duệ quyết định rời bỏ đáy cát để quay trở lại lối sống bơi lội tự do. Yêu cầu định hướng phức tạp trong môi trường nước đã thúc đẩy cơ quan cảm quang trung tâm này phải tự biến đổi.
Thay vì xẻ đôi một nhãn cầu tròn trịa theo kiểu cơ học, các vùng rìa của cơ quan trung tâm đã lõm xuống thành các chén nông, nhạy bén hơn với hướng ánh sáng và dần di chuyển về hai bên đối diện của đầu. Trải qua hàng triệu năm chọn lọc tự nhiên, thấu kính và các cấu trúc tinh vi mới bắt đầu xuất hiện, hoàn thiện nên cặp võng mạc đối xứng giúp quan sát thế giới xung quanh.
Bóc tách kết cấu kỳ lạ bên trong võng mạc con người
Giả thuyết tiến hóa mới này đã cung cấp một câu trả lời vô cùng hợp lý cho một trong những bí ẩn lớn nhất của ngành sinh học cảm giác: Tại sao võng mạc của loài có xương sống lại có cấu tạo hoàn toàn khác biệt so với mắt của côn trùng, giun hay mực ống?
Võng mạc con người thực chất là một sự hợp nhất kỳ lạ giữa hai hệ thống tế bào cổ xưa. Các tế bào thụ cảm ánh sáng (tế bào que và tế bào nón) thuộc họ ciliary - vốn gắn liền với các cơ quan cảm quang ở trung tâm. Trong khi đó, các lớp tế bào liên kết phía sau lại mang đặc tính phân tử của họ rhabdomeric - vốn thường xuất hiện ở mắt hướng bên của các loài thân mềm và côn trùng. Các tế bào hai cực đảm nhận vai trò cầu nối trung gian giữa hai hệ thống này.
Sự pha trộn phức tạp này khẳng định võng mạc con người không phải là một phát minh tiến hóa đơn lẻ được tạo ra từ con số không. Nó là kết quả của việc kết nối các mạch thần kinh vốn từng hoạt động riêng rẽ bên trong con mắt trung tâm cổ đại.
Bằng chứng từ các loài sinh vật hiện đại như cá mút đá hay các phân tích di truyền trên cá ngựa vằn đều cho thấy cơ quan tùng của chúng vẫn lưu giữ những tế bào cảm quang và mạch thần kinh có kết cấu tương tự như võng mạc.
Đặc biệt, một nghiên cứu hóa thạch 518 triệu năm tuổi công bố trên tạp chí Nature cũng ghi nhận sự tồn tại song song của cả hai mắt hướng bên lớn và hai mắt trung tâm nhỏ hơn trên đỉnh đầu của loài có xương sống không hàm. Đây được xem là bằng chứng về một giai đoạn chuyển tiếp hoàn hảo cho giả thuyết tiến hóa này.
Cú bẻ lái của tạo hóa và bí ẩn cần tiếp tục giải mã
Ở một số loài cá, lưỡng cư và bò sát hiện nay, một "mắt thứ ba" nhạy cảm với ánh sáng vẫn tồn tại ở đỉnh sọ và kết nối trực tiếp với phức hợp tùng. Ở động vật có vú và con người, khi não bộ phát triển phức tạp hơn, tuyến tùng đã di chuyển sâu vào bên trong và mất đi khả năng tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng.
Giờ đây, nó nhận tín hiệu gián tiếp từ đôi mắt thông thường để tiết ra melatonin - hormone chuẩn bị cho giấc ngủ. Quá trình tiến hóa đã khéo léo giữ lại một cơ quan cổ xưa và giao cho nó một nhiệm vụ hoàn toàn mới.
Dù mô hình toán học từ thập niên 1990 đã chứng minh một mảng mô cảm quang phẳng có thể tiến hóa thành một con mắt có tiêu cự hoàn chỉnh chỉ trong vài trăm nghìn năm dưới áp lực chọn lọc tự nhiên, giới khoa học vẫn giữ thái độ thận trọng. Vì nhiều giai đoạn chuyển tiếp quan trọng diễn ra ở các sinh vật thân mềm khó lưu lại hóa thạch rõ ràng, đây vẫn được coi là một giả thuyết cần thêm nhiều bằng chứng thực nghiệm.
Hiện nay, các nhà thần kinh học và sinh học tính toán đang tiếp tục so sánh bản đồ dây thần kinh và đặc tính di truyền giữa tế bào tùng và tế bào võng mạc trên nhiều loài cá và động vật có xương sống sơ khai. Bức tranh về nguồn gốc thị giác con người mới chỉ bắt đầu được hé mở.
Đôi mắt tinh anh giúp chúng ta đọc sách, ngắm nhìn bầu trời hay nhận diện người thân hôm nay thực chất là sản phẩm của một hành trình biến đổi kỳ diệu - bắt đầu từ một chấm cảm quang đơn sơ trên đỉnh đầu của một sinh vật "một mắt" từ 560 triệu năm trước.
Tham khảo: ZME
Đức Khương
