Bí ẩn vì sao kiến chúa sống thọ hơn kiến thợ dù sinh sản liên tục: Lời giải bất ngờ từ tín hiệu insulin

Trong tự nhiên, những loài sinh sản nhiều thường có tuổi thọ ngắn. Ví dụ, gián có thể đẻ hàng trăm trứng trong khi chỉ sống chưa đầy một năm; chuột sinh hàng chục con trong vòng một đến hai năm. Trái lại, cá voi lưng gù chỉ sinh một con mỗi hai đến ba năm nhưng sống hàng thập kỷ. Tuy nhiên, kiến chúa là một ngoại lệ. Ở một số loài, kiến chúa có thể sống hơn 30 năm và đẻ hàng nghìn trứng, trong khi kiến thợ - những cá thể không sinh sản - chỉ sống vài tháng. Đặc biệt, trong một số điều kiện nhất định, kiến thợ có thể “biến hình” thành kiến chúa và kéo dài tuổi thọ đáng kể vì lợi ích của tổ.

Trên tạp chí Science, các nhà nghiên cứu tại Đại học New York đã công bố rằng một số kiến chúa sản xuất ra loại protein giúp vô hiệu hóa ảnh hưởng gây lão hóa của insulin. Nhờ đó, chúng có thể hấp thụ lượng lớn dinh dưỡng cần thiết để sinh sản mà không bị rút ngắn tuổi thọ.

Ngoài ra, một nghiên cứu khác từ các nhà khoa học Đức đăng trên máy chủ biorxiv.org mô tả một loại ký sinh trùng giúp kéo dài tuổi thọ của kiến bằng cách tiết ra hỗn hợp chất chống oxy hóa và các hợp chất sinh học khác. Cả hai công trình đều cho thấy tuổi thọ của sinh vật có thể được điều chỉnh bởi các yếu tố bên ngoài gen di truyền.

Ảnh minh họa.

Giáo sư Laurent Keller, chuyên gia sinh thái học và tiến hóa tại Đại học Lausanne (Thụy Sĩ), cho biết: “Phần lớn nghiên cứu về lão hóa được thực hiện trên các sinh vật có vòng đời ngắn. Tuy nhiên, côn trùng xã hội như kiến cung cấp cơ hội đặc biệt để tìm hiểu vai trò của biểu hiện gen đối với tuổi thọ, vì kiến chúa và kiến thợ có cùng bộ gen nhưng sống lâu khác biệt đáng kể.” Hai thập kỷ trước, ông Keller từng chứng minh rằng kiến chúa có thể sống lâu hơn tổ tiên đơn độc của chúng tới 100 lần.

Insulin từ lâu đã được xác định là yếu tố chính trong quá trình lão hóa. Nó kiểm soát cách tế bào hấp thụ glucose, đồng thời ảnh hưởng đến năng lượng dành cho tăng trưởng, sinh sản và sửa chữa. Tuy nhiên, insulin cũng thúc đẩy tạo ra các gốc tự do - nguyên nhân gây tổn hại tế bào. Do đó, chế độ ăn kiêng ít calo giúp duy trì mức insulin thấp thường liên quan đến việc kéo dài tuổi thọ.

Một bước tiến quan trọng trong nghiên cứu được ghi nhận từ công trình của nhà sinh vật học tiến hóa Daniel Kronauer tại Đại học Rockefeller. Nhiều năm trước, ông phát hiện rằng cách phản ứng với insulin là yếu tố then chốt khiến kiến chúa sống lâu hơn.

Từ bốn năm trước, Vikram Chandra - lúc đó là nghiên cứu sinh tại Đại học Rockefeller - cùng với Ingrid Fetter-Pruneda, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ, đã dẫn đầu nhóm nghiên cứu biểu hiện gen ở bảy loài kiến. Họ phát hiện rằng tín hiệu insulin mạnh hơn trong não kiến chúa so với kiến thợ. Khi tiêm insulin cho kiến thợ, buồng trứng của chúng được kích hoạt và bắt đầu phát triển trứng. Theo ông Kronauer, điều này chứng tỏ tín hiệu insulin có thể khiến kiến bắt đầu quá trình sinh sản.

Công trình này mở đường cho nghiên cứu mới tại Đại học New York dưới sự hợp tác giữa các nhà sinh học Claude Desplan và Danny Reinberg. Họ tập trung vào loài kiến nhảy Ấn Độ (Harpegnathos saltator) - trong đó, kiến chúa sống khoảng 5 năm còn kiến thợ chỉ sống khoảng 7 tháng. Tuy nhiên, khi kiến chúa mất, một số kiến thợ có thể trở thành “kiến chúa giả” nếu giành thắng lợi trong cuộc chiến giành ngôi. Những kiến chúa giả này phát triển buồng trứng, sinh sản và sống thêm từ 3 đến 4 năm.

Sự chuyển đổi này khiến mức insulin trong cơ thể kiến thợ tăng cao, đồng thời thay đổi quá trình trao đổi chất để hỗ trợ sinh sản. Lẽ ra, insulin cao sẽ rút ngắn tuổi thọ, nhưng điều kỳ lạ là điều này không xảy ra. Nguyên nhân được tìm thấy trong hai con đường sinh hóa mà insulin kích hoạt khi gắn vào thụ thể trên bề mặt tế bào: một con đường liên quan đến enzyme MAP kinase hỗ trợ trao đổi chất và phát triển buồng trứng, còn con đường kia lại gây rút ngắn tuổi thọ bằng cách ức chế tổng hợp RNA. Ở kiến, chỉ con đường MAP kinase hoạt động.

Nhà sinh vật học Claude Desplan giải thích: “Imp-L2, một loại protein đặc biệt ở kiến, dường như giúp bảo vệ con đường trao đổi chất nhưng lại ức chế con đường dẫn đến lão hóa.”

Do ruồi giấm là mô hình thí nghiệm di truyền thuận tiện hơn, nhóm nghiên cứu đang thử nghiệm liệu protein Imp-L2 có thể kéo dài tuổi thọ ruồi hay không. Họ cũng đặt mục tiêu áp dụng nghiên cứu trên chuột để kiểm tra những tác động tương tự - một bước tiến đầy hứa hẹn trên hành trình giải mã cơ chế lão hóa sinh học.

Bảo Ngọc (t/h)