Ngày 24/1/2009, sau bốn năm thực tập và nghiên cứu, nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Nguyên của Viện nghiên cứu Hải sản đã bảo vệ thành công luận án tiến sỹ chuyên ngành thủy sinh vật học tại hội đồng khoa học đại học Nông nghiệp và Khoa học sự sống, thuộc Đại học Tổng hợp Tokyo (Graduate School of Agricultural and Life Sciences, the University of Tokyo). Đề tài “Nghiên cứu hệ thống phân loại tảo giáp thuộc bộ Dinophysiales” do nghiên cứu sinh thực hiện đã được hội đồng khoa học là những chuyên gia về phân loại học tảo giáp đánh giá rất cao bởi những kết quả mang tính đột phá. Đây là đề tài đầu tiên trên thế giới nghiên cứu phân loại tảo giáp Dinophysiales dưới sự trợ giúp của di truyền học.
Một hệ thống phân loại bất cập cần được đánh giá lại
Một số loài tảo giáp thuộc bộ Dinophysiales có khả năng sinh độc tố gây ngộ độc tiêu chảy. Bởi vậy, sự hiện diện của chúng trong các thuỷ vực được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và quản lý. Dinophysiales cũng là những sinh vật đặc biệt về mặt tiến hoá. Chúng hình thành rất nhiều sê-ri chuyển tiếp về hình thái, gợi dẫn một quá trình tiến hoá liên tục. Việc nghiên cứu quá trình tiến hoá của nhóm này góp phần quan trọng trong việc mô phỏng lại quá trình tiến hoá của tảo giáp và vì vậy còn có ý nghĩa rất lớn cho khoa học phân loại tảo giáp.
Tuy nhiên, vấn đề phân loại của bộ tảo này hiện còn rất nhiều bất cập. Việc định loại của chúng chủ yếu dựa vào hình dạng và kích thước tế bào. Trong khi đó, các mô tả gốc thường chỉ bao gồm một hoặc vài mẫu vật tìm được tại một khu vực địa lý nhất định, mà hiếm khi kèm theo những ghi nhận về khoảng biến động của hình dạng, kích thước thái trong phạm vi loài. Ranh giới loài vì vậy rất mơ hồ. Những tác giả kế thừa, do không có đủ thông tin về mức độ dao động của hình thái, thường phân loại một cách khá tùy tiện, và dần dần tạo ra một hệ thống phân loại rối rắm, mơ hồ, căn cứ vào đó, nhiều khi không thể phân định được đến loài.
Rõ ràng, hệ thống phân loại của bộ tảo này cần được đánh giá và xây dựng lại cho hợp lý, chính xác hơn. Đề tài “Nghiên cứu hệ thống phân loại tảo giáp thuộc bộ Dinophysiales” được đặt ra với mục tiêu trên.
Phương pháp
Để đạt được mục tiêu ấy, một lượng lớn mẫu vật đã được thu thập trên một dải địa địa lý rộng lớn, bao gồm (a) mẫu tảo đại dương được thu tại khu vực giữa và tây Thái Bình Dương (Hình 1) thông qua hai chuyến khảo sát được thực hiện bởi tàu nghiên cứu MIRAI (Hình 2) của tổ chức Khoa Học và Công Nghệ Trái Đất - Biển Nhật Bản (JAMSTEC) và (b) một số mẫu ven bờ được thu tại các vùng ven biển của Nhật Bản, Thái Lan và Việt Nam trong thời gian từ 2005 đến 2009.
Mẫu vật được phân tích chi tiết hình thái và so sánh với mô tả gốc để nắm bắt biên độ giao động về hình thái trong phạm vi mỗi loài. Sau đó, chính những tế bào được đem phân tích trình tự ADN nhân tế bào (khoảng 700 nucleotide thuộc vùng D1-D2 của tiểu phần 24S gen ribosome). Căn cứ vào khoảng biến động của hình thái và trình tự ADN, ranh giới loài sẽ được xác định. Trên cơ sở ranh giới đó, hệ thống phân loại được xây dựng lại cho rõ ràng và hợp lý hơn.
Phát hiện nhiều loài hiếm và loài mới
Tổng cộng 58 loài tảo giáp thuộc bộ Dinophysiales thuộc 9 giống, Dinophysis (27 loài), Pseudophalacroma (2), Metaphalacroma (1), Metadinophysis (2), Ornithocercus (10), Citharistes (2), Histioneis (8), Amphisolenia (5) và Oxyphysis (1) được ghi nhận, trong đó có rất nhiều loài hiếm và cực hiếm. Loài Dinophysis acutissima và Metadinophysis sinensis lần đầu tiên được khẳng định sự tồn tại kể từ khi chúng được mô tả lần đầu tiên vào những năm 1940-1950.
Ba kiểu hình thái mới của giống Dinophysis, Histioneis và Metadinophysis chưa từng bắt gặp trước đây, và vì vậy được coi là loài mới. Đề tài cũng ghi nhận ở một số loài xuất hiện nhiều kiểu hình thái khác nhau. Những kiểu hình thái này hoàn toàn khác biệt nhau về hình thái và ADN, và vì vậy cần được tách thành những loài mới độc lập. Những loài này là Ornithocercus magnificus (với 3 kiểu hình thái), D. fortii (2), D. infundibulus (2) and D. hastata (5), D. doryphorum (2) và Metadinophysis sinensis (2). Nói cách khác, nghiên cứu đã ghi nhận ít nhất 11 loài mới.
Việc ứng dụng phương pháp luận đề tài đang tiến hành, nhất là những tiêu chí phân loại mới, cùng với việc ứng dụng di truyền học chắc chắn sẽ tạo ra sự bùng nổ về phát hiện loài mới trong bộ tảo Dinophysiales trong thời gian tới.
Ranh giới loài được xác định rõ ràng hơn
Như đã nói ở trên, ranh giới loài của bộ tảo này rất mơ hồ. Ngoài nguyên nhân do biến động theo khu vực địa lý và biến dị cá thể, còn có một nguyên nhân quan trọng khiến cho sự biến động hình thái của chúng trở nên phức tạp là do nhóm sinh vật này có khả năng cắt giảm kích thước tế bào để hình thành tế bào nhỏ hơn khi điều kiện môi trường không phù hợp. Sự cắt giảm này dẫn đến sự biến dạng về hình dạng và kích thước tế bào, khiến cho các nhà phân loại học bị bối rối trong việc xác định ranh giới loài.
Nghiên cứu này, trên cơ sở so sánh một khối lượng mẫu vật lớn, được thu trên một khu vực địa lý rộng lớn, cùng với sự giám sát chặt chẽ sự biến đổi của hình thái khi cắt giảm kích thước tế bào, và đặc biệt là sự hỗ trợ từ dữ liệu ADN, ranh giới loài được hiểu một cách cặn kẽ hơn. Những quy luật biến đổi hình thái của chúng được làm rõ. Đây là điểm mấu chốt cho việc xây dựng lại một hệ thống phân loại mới, rõ ràng, hợp lý hơn.
Bước ngoặt hiểu biết về di truyền và tiến hoá của bộ tảo Dinophysiales
Trước đây, hiểu biết về di truyền của bộ tảo Dinophysiales rất hạn chế. Vì những loài này không thể nuôi nhân tạo nên không thể có đủ lượng vật liệu cho chiết xuất và phân tích AND, trong số hơn 400 loài thuộc bộ Dinophysiales, nên việc phân tích ADN mới chỉ thực hiện được ở khoảng 10 loài, tất cả đều thuộc giống Dinophysis. Với việc ứng dụng và phát triển phương pháp phân tích ADN từ một tế bào đơn lẻ, đề tài đã lần đầu tiên trên thế giới phân tích thành công ADN của 5 giống tảo Ornithocercus (5 loài), Histioneis (4 loài), Citharistes (2 loài), Amphisolenia (5 loài) và Metaphalacroma (1 loài), cùng với hàng chục loài Dinophysis khác. Những dữ liệu ADN này giúp chúng ta lần đầu tiên hiểu được mối quan hệ tiến hoá của các nhóm tảo thuộc bộ Dinophysiales về mặt di truyền học. Trên cơ sở đó, đề tài cập nhật sơ đồ tiến hoá của bộ tảo giáp Dinophysiales căn cứ vào cả hình thái và di truyền học (Hình 3).
Bước đột phá về phương pháp nghiên cứu phân loại tảo giáp Dinophysiales: hình thái, cấu trúc vỏ giáp và ADN từ một tế bào
Đây là nghiên cứu đầu tiên trên thế giới phân tích thành công cả hình thái (bao gồm cả công thức tấm) và trình tự ADN của tảo giáp từ một tế bào đơn lẻ. Phương pháp này bao gồm các bước (1) phân lập tế bào sống bằng capilary pipet (pipét thuỷ tinh được kéo nhỏ); (2) chụp ảnh trên kính hiển vi quang học (có thể sử dụng vật kính 100x) bằng một buồng tự tạo và đo đếm các thông số hình thái; (3) thu hồi tế bào, mở cấu trúc vỏ giáp bằng nhiệt độ; (4) nhân bản và đọc trình tự ADN nhân tế bào (5) thu hồi phần vỏ tế bào (sau khi phân tích AND) và đem phân tích công thức tấm. Quy trình này là một bước đột phá trong phương pháp nghiên cứu vì nó cho phép ta phân tích một cách chi tiết các thông số hình thái (bao gồm cả công thức các tấm vỏ giáp) và ADN của từng tế bào, và vì vậy ta có thể nắm bắt được biến động hình thái và di truyền của quần thể. Đây là cơ sở quan trọng cho việc xác định ranh giới loài. Với việc áp dụng phương pháp này, chắc chắn việc nghiên cứu về đa dạng hình thái và di truyền của bộ tảo này sẽ được thúc đẩy phát triển trong những năm tới.
Luận văn với 224 trang, bao gồm 206 trang viết và 18 trang phụ lục, hiện đang được lưu trữ tại Thư viện Viện nghiên cứu Hải sản, Thư viện Quốc gia Việt Nam, Thư viện Quốc gia Nhật Bản và Thư viện Đại học Tokyo.
Hình 1. Bản đồ hệ thống điểm thu mẫu do đề tài thực hiện. Hệ thống mẫu đại đương được thu trong hai chuyến khảo sát năm 2007 tại Thái Bình Dương, MR07-01 và MR07-06, (các trạm được ghi chú bằng số: 1-141). Hệ thống các điểm thu mẫu ven bờ được thu tại Nhật Bản, Việt Nam và Thái Lan (ghi chú bằng chữ: A-J).
Hình 2. Các chuyến khảo sát trên Thái Bình Dương được thực hiện trên tàu nghiên cứu MIRAI. ảnh: JAMSTEC
Hình 3. Sơ đồ tiến hoá của bộ tảo giáp Dinophysiales được suy luận trên cơ sở dữ liệu của đề tài về hình thái và ADN.
Yasuwo Fukuyo (Đại học Tokyo)
Nguyễn Văn Nguyên (Viện Nghiên cứu Hải sản)
