Loài tôm hùm đất sinh sản vô tính đang xâm chiếm châu Âu

Những con tôm hùm đất vân cẩm thạch (marbled crayfish) là một loài đột biến tự nhân bản. Mặc dù số lượng của chúng đang bùng nổ ở châu Âu, nhưng loài này dường như chỉ mới xuất hiện 25 năm trước.

Tôm hùm đất là tên gọi chỉ về các loài động vật giáp xác nước ngọt giống như con tôm càng nhỏ. Chúng xuất xứ từ Bắc Mỹ và có tới 500 loài với nhiều tên gọi khác nhau, nhưng được gọi chung là crayfish. Từ cuối những năm 1960, ngay cả khi chưa có khả năng sinh sản vô tính, chúng đã trở thành mối lo ngại cho hệ sinh thái sông hồ của châu Âu.

Frank Lyko, một nhà sinh vật học tại Trung tâm Nghiên cứu Ung thư Đức, nghiên cứu loài tôm hùm đất vân cẩm thạch (marbled crayfish) dài 15cm. Hiện nay, loài vật này được tìm thấy rất dễ dàng. Tiến sĩ Lyko có thể mua chúng tại các cửa hàng thú cưng ở Đức, hoặc cùng đồng nghiệp đến một hồ nước gần đó. Đợi đến khi trời tối, họ bật đèn dầu và bắt đầu tiến vào vùng nước cạn. Những con tôm hùm đất sẽ nổi lên khỏi nơi ẩn nấp và bắt đầu bơi quanh chân họ. “Thật là ấn tượng,” tiến sĩ Lyko nói: “Ba người chúng tôi đã bắt được 150 con trong vòng một giờ, chỉ bằng tay không.“

Trong 5 năm qua, Tiến sĩ Lyko và các đồng nghiệp đã nghiên cứu bộ gen của tôm hùm đất. Họ phát hiện rằng đây là một trong những loài sinh vật đáng chú ý nhất.

Trước đây khoảng 25 năm, loài này hoàn toàn không tồn tại. Một sự đột biến mạnh mẽ xảy ra trong cơ thể một con tôm đã tạo ra con tôm hùm đất dị biệt.

Sự đột biến này khiến chúng có thể bắt đầu tự nhân bản, tức sinh sản vô tính mà không cần giao phối. Đến nay, chủng loài này đã lan rộng khắp châu Âu và có mặt ở các lục địa khác. Tại Madagascar, chúng mới xuất hiện vào khoảng năm 2007, bây giờ số lượng của chúng đã lên tới hàng triệu con và đe dọa loài tôm càng bản địa.

Tôm hùm đất đã trở nên phổ biến trong giới chơi cá cảnh ở Đức từ cuối những năm 1990. Báo cáo sớm nhất về loài sinh vật này đã có từ năm 1995 với tên gọi “tôm hùm đất Texas”. Khi đó, người ta đã bất ngờ trước kích thước to lớn của loài này và mẻ trứng khổng lồ của nó. Một con tôm hùm đất có thể tạo ra hàng trăm quả trứng cùng một lứa.

Tuy nhiên, khi chủng loài này dần trở nên phổ biến ở Đức, chủ của chúng ngày càng bối rối. Con tôm dường như tự đẻ trứng mà không cần giao phối. Thế hệ con cháu đều là giống cái, và khi lớn lên chúng lại tự sinh sản.

Năm 2003, các nhà khoa học đã xác nhận rằng tôm hùm đất có khả năng sinh sản đơn tính. Trong gần hai thập kỷ, số lượng tôm hùm đất đã tăng lên theo cấp số nhân.

“Ban đầu bạn chỉ có một con duy nhất, chỉ một năm sau bạn sẽ có đến vài trăm con,” tiến sĩ Lyko nói.

Nhiều người nuôi tôm hùm đất vân cẩm thạch làm cảnh đã lái xe đến các bờ hồ gần đó và đổ đi số “thú cưng” của họ. Hóa ra, các con tôm này không đòi hỏi quá nhiều điều kiện để sinh tồn. Chúng bắt đầu tạo thành các quần thể tự phát triển trong tự nhiên, đôi khi chúng di chuyển hàng trăm mét để đến các hồ nước và con suối mới. Các quần thể hoang dã này bắt đầu xuất hiện ở Cộng hòa Séc, Hungary, Croatia và Ukraine ở châu Âu, sau đó đến Nhật Bản và Madagascar.

Tiến sĩ Lyko và các đồng nghiệp đã vật lộn trong nhiều năm để tạo ra bản đồ gen của loài này. Tuy nhiên, việc này không hề đơn giản. Trước đây, chưa một ai phân tích được hoàn chỉnh bộ gen loài tôm hùm đất. Trên thực tế, chưa có ai từng phân tích dữ liệu di truyền của bất kỳ sinh vật nào lân cận với loài này. Vì vậy, sau khi thành công, nhóm nghiên cứu của tiến sĩ Lyko đã phân tích bộ gen của 15 mẫu vật khác, bao gồm cả tôm hùm đất sống tại các hồ ở Đức và các loài khác.

Nhờ vào nghiên cứu di truyền nói trên, các nhà khoa học đã có cái nhìn rõ hơn về sinh vật này. Chúng tiến hóa từ loài tôm hùm đất Procambarus fallax, ban đầu chỉ sống ở các nhánh sông Satilla ở Florida và Georgia của Mỹ.

Các nhà khoa học kết luận rằng loài sinh vật mới này bắt đầu xuất hiện khi hai con tôm giao phối. Một trong số chúng mang yếu tố đột biến trong tế bào giới tính – còn đó là từ trứng hay tinh trùng, thì họ chưa xác định được. Các tế bào giới tính bình thường chỉ chứa một bản sao của mỗi nhiễm sắc thể, nhưng tế bào giới tính bị đột biến của loài này có đến hai.

Bằng cách nào đó, hai tế bào giới tính đã hợp nhất và tạo ra một phôi tôm càng cái có tới 3 bản sao của mỗi nhiễm sắc thể (thay vì 2 như các tế bào bình thường). Tuy nhiên, con tôm mới không hề có bất cứ thay đổi hình dạng nào sau khi đột biến.

Chúng lớn lên và phát triển mạnh. Nhưng thay vì sinh sản hữu tính, con tôm này đã có thể tự tạo ra trứng để bắt đầu phân chia thành phôi. Tất cả con của nó đều là con cái, và được thừa hưởng các bản sao giống hệt nhau của ba bộ nhiễm sắc thể từ mẹ. Chúng đều là bản sao từ cá thể mẹ.

Đến đây, nhiễm sắc thể của chúng sẽ không còn khớp với những con tôm hùm đất trong vùng, nên chúng không thể sinh con theo hình thức giao phối tự nhiên. Tôm đực vẫn có thể giao phối với giống tôm hùm đất mới, nhưng chúng không phải là cha của thế hệ sau.

Tháng 12/2017, tiến sĩ Lyko và các đồng nghiệp của ông đã chính thức tuyên bố tôm hùm đất vân cẩm thạch là một chủng loài riêng, được đặt tên là Procambarus virginalis. Các nhà khoa học không thể xác định nguồn gốc của loài này một cách chắc chắn. Do ở Hoa Kỳ không có quần thể tôm hùm đất vân cẩm thạch hoang dã nên họ cho rằng loài mới này phát sinh trong một bể cá ở Đức.

Tất cả những con tôm hùm đất mà nhóm tiến sĩ Lyko nghiên cứu gần như giống hệt nhau về mặt di truyền. Tuy nhiên, bộ gen đặc thù này đã cho phép các bản sao này phát triển mạnh mẽ trong mọi môi trường sống – từ các mỏ than bị bỏ hoang ở Đức đến đồng lúa ở Madagascar. Đến nay, tôm hùm đất đã lan rộng khắp Madagascar với tốc độ đáng kinh ngạc, trên một khu vực có diện tích tương đương nước Bồ Đào Nha chỉ trong một thập kỷ.

>> Trong 10 tấn cá phóng sinh xuống sông Hồng có loài ngoại lai xâm hại

Ước tính chỉ có khoảng 1 trên 10.000 chủng loài sinh vật có cá thể cái có thể nhân bản. Nhiều nghiên cứu cho rằng các loài sinh sản vô tính thường rất hiếm vì chúng không thể tồn tại lâu. Động vật sinh sản hữu tính thường có lợi thế hơn trong việc chống lại bệnh tật. Ví dụ, khi một mầm bệnh có thể tiến hóa để tấn công thành công một bản sao, thì nó cũng có thể đe dọa tất cả các cá thể đồng loại khác. Ngược lại, những loài sinh sản hữu tính thường pha trộn các gen của chúng lại với nhau thành các tổ hợp mới, làm tăng khả năng phát triển hệ thống đề kháng.

Trong tiếng Việt, tên gọi tôm hùm đất chủ yếu dùng để chỉ về loài tôm hùm nước ngọt (Procambarus clarkii) một loài được du nhập vào Việt Nam từ Mỹ thông qua thương lái Trung Quốc. Đây không phải là loài có thể sinh sản vô tính mà nghiên cứu của Đức nói trên nhắc tới, nhưng cũng là sinh vật ngoại lai xâm hại. Loài tôm này không có tên trong danh mục loài thủy sản được phép kinh doanh tại Việt Nam, theo đó, việc kinh doanh, tiêu thụ loài tôm này là vi phạm quy định của pháp luật về đa dạng sinh học và thủy sản.