Các nhà khoa học ở Hội Sinh thái Anh (BES) đã tiến hành nghiên cứu tác động vật lý và sinh lý của sự nóng lên của đại dương làm thay đổi chất lượng tinh trùng dựa trên các chỉ tiêu về hình thể, khả năng sản xuất tinh trùng và khả năng sinh sản của các loài sinh vật biển
Sự nóng lên toàn cầu có thể có tác động mạnh mẽ đến cách chọn lọc nhắm vào tinh trùng bơi tự do của nhiều loài sinh vật biển. Không giống như hầu hết các loài sống trên cạn, có tinh trùng và trứng tương tác hoàn toàn trong đường sinh sản của con cái và do đó được bảo vệ khỏi các điều kiện bên ngoài, hầu hết các loài sinh vật biển đều sinh ra cả hai loại giao tử trong môi trường nước.
Khả năng sinh sản dựa vào yếu tố quan trọng là của sức khỏe của cá thể và đóng vai trò thiết yếu trong sự tồn tại của cộng đồng. Còn khả năng sinh sản của comn đực phụ thuộc vào việc tinh trùng có thể va chạm và hợp nhất với trứng, từ đó tác động đến quá trình chọn lọc hình thái tinh trùng và ảnh hưởng đến khả năng sinh sản.
Sự nóng lên của đại dương, dự kiến sẽ làm tăng nhiệt độ nước và giảm độ nhớt, tác động đến khả năng sinh sản của sinh vật biển, đặc biệt là đối với sự thụ tinh của thực vật. Tuy nhiên, những tác động này thay đổi quá trình chọn lọc trên các đặc điểm tinh trùng ảnh hưởng đến khả năng sinh sản hầu như chưa được khám phá
Các nhà khoa học của BES tiến hành phân tích tác động của nhiệt độ và độ nhớt lên quá trình thụ tinh và họ thấy rằng những thay đổi được dự đoán trong các yếu tố này sẽ làm giảm khả năng sinh sản của con đực một cách độc lập, nhưng lại làm thay đổi sự lựa chọn về hình thái tinh trùng.
Cụ thể, các đoạn giữa tinh trùng hẹp hơn làm tăng khả năng sinh sản trong điều kiện hiện tại, nhưng sự ấm lên vừa phải hoặc trong thời gian ngắn lại có lợi cho các đoạn giữa ngắn hơn, trong khi sự ấm lên cực độ hoặc trong thời gian dài hơn lại có lợi cho các đoạn giữa rộng hơn.
Sự lựa chọn cũng nhắm vào kích thước đầu tinh trùng và chiều dài đuôi, nhưng nhất quán trong các môi trường thụ tinh đối với các đặc điểm này.
Phát hiện của chúng tôi cung cấp bằng chứng đầu tiên cho thấy sự nóng lên của đại dương không chỉ ảnh hưởng đến khả năng sinh sản mà còn thay đổi quá trình chọn lọc hình thái tinh trùng, từ đó ảnh hưởng đến quỹ đạo tiến hóa của tinh trùng trong môi trường đang thay đổi.
Tác động vật lý và sinh lý của sự nóng lên đối với khả năng sinh sản
Nghiên cứu trước đây về tác động của sự nóng lên dự kiến đối với quần thể sinh vật biển chủ yếu tập trung vào hậu quả sinh lý của nhiệt độ, trong khi hiểu biết rộng hơn của chúng ta về hậu quả vật lý của độ nhớt lại tụt hậu rất xa. Ở đây, các nhà khoa học chỉ ra rằng những hậu quả vật lý đó có thể quan trọng như hậu quả sinh lý.
Khả năng sinh sản giảm ở nhiệt độ cao hơn là điều dễ hiểu, vì việc tiếp xúc với nhiệt độ vượt quá mức bình thường có thể gián đoạn các quá trình sinh lý cần thiết cho chức năng tế bào .
Tuy nhiên, khả năng sinh sản giảm ở độ nhớt của tinh trùng thấp hơn theo một số cách lại gây ngạc nhiên. Một mặt, độ nhớt thấp hơn trong điều kiện nóng lên được dự đoán sẽ tăng cường khả năng sinh sản của nam giới bằng cách giảm lực cản tác động lên tinh trùng, cho phép tinh trùng bơi nhanh hơn
Mặt khác, sinh vật biển sẽ thích nghi tốt hơn với môi trường hiện tại hơn là với môi trường mới chưa từng trải nghiệm. Kết quả cho thấy rằng tinh trùng bơi kém hơn trong điều kiện độ nhớt thấp, mà chúng hiếm khi gặp phải.
Kết quả nghiên cứu ủng hộ ý tưởng, tinh trùng bơi kém hơn dưới mức độ nhớt mới mà chúng hiếm khi tiếp xúc. Điều thú vị là, nghiên cứu gần đây cho thấy tinh trùng bơi nhanh không phải lúc nào cũng có lợi, vì tốc độ bơi chậm hơn có thể cho phép tinh trùng bơi theo đường tròn, giúp tăng khả năng va chạm với trứng.
Do đó, độ nhớt thấp hơn có thể làm giảm khả năng sinh sản bằng cách phá vỡ đường bơi tối ưu của tinh trùng
Quá trình chọn lọc hình thái tinh trùng dưới sự nóng lên của đại dương
Sự nóng lên dự kiến sẽ làm thay đổi quá trình chọn lọc theo hướng ưu tiên các đoạn giữa tinh trùng ngắn hơn trong điều kiện ấm lên nhẹ và các đoạn giữa rộng hơn trong điều kiện nóng lên cực đoan kéo dài.
Các đoạn giữa tinh trùng chứa ty thể, cung cấp năng lượng cho chức năng của tinh trùng, do đó sự thay đổi trong quá trình chọn lọc trên kích thước đoạn giữa có thể phản ánh sự thay đổi trong các thách thức năng lượng trong điều kiện căng thẳng.
Ví dụ, tinh trùng có thể cần nhiều ATP hơn để va chạm thành công với trứng ở độ nhớt thấp, trong khi ty thể của tinh trùng lại sản xuất ATP kém hiệu quả hơn ở nhiệt độ cao. Sự thay đổi trong hình thái các đoạn giữa tinh trùng có thể liên quan đến việc cải thiện khả năng sản xuất năng lượng hoặc cải thiện hiệu suất bơi của tinh trùng trong môi trường nóng lên.
Dù vậy, quá trình chọn lọc không làm thay đổi hình thái đầu hay đuôi tinh trùng trong môi trường nóng lên, cho thấy rằng sự chọn lọc đối với tinh trùng có đuôi dài hơn vẫn tiếp tục tồn tại. Điều này hỗ trợ giả thuyết rằng đuôi dài hơn làm tăng khả năng sinh sản bằng cách tăng tốc độ bơi của tinh trùng, mặc dù nó có thể giảm tuổi thọ của tinh trùng trong một số môi trường thụ tinh ngoài.
Kết luận và triển vọng tương lai
Nghiên cứu của các nhà khoa học cung cấp bằng chứng đầu tiên cho thấy sự nóng lên của đại dương không chỉ ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của sinh vật ngoài biển mà còn tạo ra áp lực chọn lọc mới đối với hình thái tinh trùng.
Tương lai nghiên cứu có thể khám phá cơ sở di truyền của hình thái tinh trùng ở giun biển và kiểm tra sự thay đổi theo vĩ độ trong các đặc điểm này để hiểu rõ hơn về khả năng phản ứng của quần thể đối với điều kiện ấm lên.
Thêm vào đó, việc nghiên cứu tác động của sự nóng lên đối với quá trình chọn lọc trứng và các yếu tố ảnh hưởng đến giao tử sẽ là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng để hiểu đầy đủ hơn về tác động của biến đổi khí hậu đối với sự sinh sản của sinh vật biển.
Mạnh Quân
