Đúng vậy, và đây không còn là ý tưởng ngông cuồng mà là giả thuyết được giới sinh học chấp nhận rộng rãi: ti thể, bộ phận tạo năng lượng trong tế bào của bạn, là hậu duệ của một vi khuẩn từng bị một tế bào khác nuốt vào nhưng không bị tiêu hoá. Bằng chứng mạnh nhất là ti thể đến nay vẫn giữ một bộ gen riêng, nhỏ và vòng tròn, giống của vi khuẩn.
Chào bạn, đây là Nhà Sinh Học. Mỗi lần bạn leo cầu thang mà thở dốc, hàng nghìn ti thể trong mỗi tế bào cơ đang làm việc hết sức. Tập này mình kể lý lịch của chúng, một câu chuyện nhận nuôi kéo dài hơn một tỉ năm.
Ti thể làm gì trong tế bào?
Ti thể là những bào quan nhỏ hình hạt hoặc hình que, nằm rải rác trong tế bào nhân thực. Việc chính của chúng là đốt cháy chậm đường và chất béo bằng ôxy, rồi cất năng lượng thu được vào một loại phân tử như đồng xu năng lượng mà mọi bộ phận của tế bào đều tiêu được. Quá trình này gọi là hô hấp tế bào.
Chữ hô hấp ở đây dễ gây nhầm. Hơi thở của phổi chỉ là khâu đưa ôxy vào máu. Việc dùng ôxy thật sự diễn ra trong ti thể của từng tế bào.
Tế bào nào tiêu nhiều năng lượng thì có nhiều ti thể. Tế bào cơ tim, tế bào gan, tế bào thần kinh chứa rất nhiều. Hồng cầu trưởng thành của người lại không có ti thể nào, nên chúng không tiêu chính lượng ôxy mà chúng đang chở.
Ti thể có hai lớp màng. Lớp trong gấp nếp nhiều lần như những tấm rèm xếp, tăng diện tích cho dây chuyền tạo năng lượng. Hai lớp màng này chính là một trong những manh mối đầu tiên của câu chuyện.
Những manh mối cho thấy ti thể từng là vi khuẩn
Manh mối thứ nhất là ti thể có vật chất di truyền riêng, tách hẳn với nhân. Bộ gen này thường xếp thành vòng tròn, giống kiểu bộ gen của vi khuẩn, chứ không thành những nhiễm sắc thể dài như trong nhân.
Manh mối thứ hai là ti thể tự sinh sản bằng cách thắt đôi, giống cách vi khuẩn phân chia.
Manh mối thứ ba là bộ máy làm protein bên trong ti thể giống của vi khuẩn hơn là của phần còn lại trong tế bào. Đây cũng là lý do một số loại thuốc kháng sinh nhắm vào vi khuẩn có thể ảnh hưởng phần nào tới ti thể, một chi tiết mà bác sĩ cân nhắc khi kê đơn.
Manh mối mạnh nhất đến từ việc so sánh trình tự gen. Khi đặt gen ti thể cạnh gen của rất nhiều loài vi khuẩn, nó nằm gần một nhóm vi khuẩn cụ thể hơn hẳn so với gen trong nhân tế bào. Một hồ sơ quan hệ họ hàng như vậy khó giải thích theo cách nào khác.
Người đã kiên trì bảo vệ ý tưởng này
Ý tưởng một bào quan từng là sinh vật sống tự do đã được vài nhà khoa học nêu từ đầu thế kỷ hai mươi, nhưng bị coi là chuyện viễn tưởng. Người đưa nó trở lại và bảo vệ đến cùng là nhà sinh học Mỹ Lynn Margulis. Cuối thập niên sáu mươi, bài viết của bà về nguồn gốc tế bào nhân thực được kể là đã bị nhiều tạp chí từ chối trước khi được đăng.
Chỉ khi các phòng thí nghiệm đọc được trình tự gen của ti thể và lục lạp, bằng chứng mới trở nên khó cãi. Tới nay, phần cốt lõi của thuyết nội cộng sinh về ti thể và lục lạp đã nằm trong sách giáo khoa.
Bà Margulis còn đề xuất những bộ phận khác của tế bào cũng có nguồn gốc cộng sinh, nhưng các phần mở rộng đó không được chấp nhận. Đây là một bài học hay về khoa học: một người có thể đúng ở ý chính và sai ở phần mở rộng, và cả hai đều được kiểm tra bằng bằng chứng chứ không bằng uy tín.
Chữ nội cộng sinh nghe khó nhưng nghĩa rất đời: một sinh vật sống bên trong một sinh vật khác, và cả hai đều có lợi.
Lục lạp trong lá rau cũng có lý lịch tương tự
Câu chuyện không dừng ở ti thể. Lục lạp, bào quan màu xanh giúp lá cây quang hợp, được cho là hậu duệ của một vi khuẩn lam từng bị một tế bào nhân thực nuốt vào.
Lục lạp cũng có hai lớp màng, có bộ gen vòng riêng và tự phân chia, y như ti thể. Như vậy một tế bào lá rau muống mang trong mình ít nhất hai loại khách trọ cổ xưa: ti thể để thở và lục lạp để quang hợp.
Thứ tự thời gian cũng hợp lý. Ti thể có ở gần như mọi sinh vật nhân thực, từ nấm tới động vật tới thực vật, nên cuộc nhận nuôi ti thể xảy ra trước. Lục lạp chỉ có ở cây và tảo, tức một nhánh đã có ti thể rồi mới nhận thêm vi khuẩn lam.
Ngoài tự nhiên ngày nay vẫn có những sinh vật đang ở giai đoạn giữa chừng của các cuộc cộng sinh như thế, giúp các nhà sinh học hình dung quá trình đã diễn ra thế nào.
Vì sao ti thể chỉ di truyền theo dòng mẹ?
Khi trứng và tinh trùng kết hợp, gần như toàn bộ ti thể của phôi đến từ tế bào trứng. Vì vậy bộ gen ti thể của bạn gần như giống hệt của mẹ, của bà ngoại, của bà cố ngoại.
Đặc điểm này khiến gen ti thể trở thành công cụ quý để lần theo dòng mẹ qua nhiều thế hệ, dùng trong nghiên cứu di cư của loài người và cả trong giám định nhận dạng hài cốt. Ở Việt Nam, kỹ thuật giám định gen cũng đã được dùng trong công tác tìm danh tính hài cốt liệt sĩ, khi so với người thân bên ngoại.
Một số bệnh di truyền hiếm gặp do lỗi gen ti thể cũng theo đường mẹ truyền con. Nếu gia đình có tiền sử bệnh lạ lặp lại theo dòng mẹ, việc nên làm là hỏi bác sĩ di truyền chứ không tự suy đoán.
Lần tới bạn leo một con dốc dài, hãy nhớ rằng nguồn năng lượng giúp bạn lên tới đỉnh đến từ những sinh vật nhỏ đã dọn vào tổ tiên mình từ thuở xa xưa, và đã đi theo dòng mẹ tới tận bạn.
Câu hỏi thường gặp
Ti thể có tự sống ngoài tế bào được không?
Không. Qua thời gian rất dài, phần lớn gen của vi khuẩn tổ tiên đã chuyển vào nhân tế bào hoặc mất đi. Ti thể ngày nay phụ thuộc vào protein do nhân tạo ra, nên tách ra là không tự tồn tại được.
Mỗi tế bào có bao nhiêu ti thể?
Không có con số chung. Hồng cầu trưởng thành không có ti thể nào, còn tế bào cơ tim hay tế bào gan có rất nhiều; tế bào tiêu năng lượng càng nhiều thì càng có nhiều ti thể.
Tập thể dục có làm tăng số ti thể không?
Nhiều nghiên cứu cho thấy luyện tập sức bền đều đặn giúp tế bào cơ tạo thêm ti thể, đó là một phần lý do người tập lâu ngày bền sức hơn. Còn kế hoạch tập cụ thể cho người có bệnh thì nên hỏi bác sĩ.
Vì sao lại gọi ti thể là nhà máy năng lượng?
Vì nó là nơi phần lớn năng lượng từ thức ăn được chuyển thành dạng tế bào dùng ngay được.
Vi khuẩn tổ tiên của ti thể còn họ hàng ngày nay không?
Có. So sánh gen cho thấy ti thể gần với một nhóm vi khuẩn vẫn đang sống ngoài tự nhiên. Tổ tiên chính xác thì đã biến mất, nhưng họ hàng xa của nó vẫn còn quanh ta.
