DNA có thể tồn tại bao lâu?

DNA vô cùng hữu ích trong việc khám phá những bí ẩn cổ xưa. Vậy DNA có thể tồn tại được bao lâu trong điều kiện bảo quản tốt? Hãy cùng nhau tìm hiểu nhé!

DNA cổ nhất thế giới đến từ một hệ sinh thái 2,4 triệu năm tuổi ở Greenland. Liệu các nhà khoa học cuối cùng có thể giải trình tự DNA thậm chí còn cổ xưa hơn không?

Các nhà khoa học đã sử dụng DNA cổ đại để nghiên cứu các câu hỏi về động vật đã tuyệt chủng kể từ năm 1984, khi họ phục hồi hai đoạn DNA từ mẫu vật bảo tàng của một con quagga, một loài giống ngựa vằn đã tuyệt chủng vào thế kỷ 19. Trong 40 năm qua, những tiến bộ trong công nghệ đã cho phép các nhà khoa học giải trình tự DNA ngày càng cổ xưa hơn từ động vật và thực vật, với kỷ lục hiện tại thuộc về một hệ sinh thái Greenland 2,4 triệu năm tuổi.

Nhưng liệu DNA có khả năng tồn tại lâu hơn nữa không? Bởi vì sự bảo tồn DNA phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố môi trường, các nhà khoa học vẫn đang cố gắng trả lời câu hỏi về thời gian tồn tại của DNA về mặt lý thuyết và thực tế.

"Nó ít hơn so với suy nghĩ của mọi người vào đầu những năm 90 nhưng nhiều hơn so với suy đoán của mọi người vào đầu những năm 2000", Tom Gilbert, giám đốc Trung tâm toàn bộ gen Tiến hóa thuộc Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Đan Mạch, phát biểu với Live Science. "Lý do tôi nói vậy là vì đầu những năm 90 giống như thời kỳ 'Công viên Kỷ Jura'."

Liệu con người và tinh tinh có thực sự giống nhau, tới khoảng 99% DNA?

Tiểu thuyết khoa học viễn tưởng "Công viên kỷ Jura" (Knopf, 1990) của Michael Crichton — trong đó một tỷ phú sáng lập một công ty kỹ thuật sinh học chiết xuất DNA khủng long từ côn trùng hóa thạch trong hổ phách và hồi sinh một số loài đã tuyệt chủng — là bước đệm bước vào thế giới DNA cổ đại cho cả một thế hệ, bao gồm cả các nhà khoa học.

Gilbert cho biết: "Mọi người bắt đầu tìm kiếm DNA trong các hóa thạch kỷ Phấn Trắng" của các sinh vật sống cách đây từ 145 triệu đến 66 triệu năm, "và DNA hóa ra là những thứ giống như vi khuẩn nhưng không quá cổ xưa."

Gilbert là đồng tác giả của một nghiên cứu năm 2012 sử dụng thống kê để mô hình hóa "chu kỳ bán rã" của DNA trong xương và kiểm chứng những tuyên bố về khả năng tồn tại phi thường của DNA trong các mẫu vật thời kỳ Phấn Trắng.

Nhóm nghiên cứu đã phân tích DNA ty thể trong 158 xương của loài chim moa đã tuyệt chủng ở New Zealand, được xác định niên đại bằng carbon. Bằng cách xem xét cách DNA bị phân hủy theo thời gian, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng "chu kỳ bán rã" của DNA - khi một nửa số liên kết DNA trong một mẫu bị phá vỡ - là khoảng 521 năm.

Mô hình này dự đoán rằng, trong điều kiện lý tưởng, DNA có thể tồn tại khoảng 6,8 triệu năm — chưa đủ lâu để Công viên Kỷ Jura trở thành hiện thực.

"Điều kiện tốt nhất để bảo quản DNA cổ đại là lạnh, tối, khô và mới," Jennifer Raff, nhà nhân chủng học sinh học tại Đại học Kansas, chia sẻ với Live Science. "Những điều kiện băng vĩnh cửu này thường là nơi bạn có thể thu được DNA tốt nhất."

Điều này giải thích tại sao DNA lâu đời nhất cho đến nay được tìm thấy trong các trầm tích 2,4 triệu năm tuổi ở Greenland và tại sao bộ gen lâu đời nhất được giải trình tự cho đến nay — từ một con voi ma mút sống cách đây 1,2 triệu năm — lại được tìm thấy ở Siberia.

Điều này đặt ra câu hỏi đâu là DNA lâu đời nhất từ ​​người hoặc họ hàng gần của con người có thể tồn tại bao lâu?

Con người tiến hóa chủ yếu ở những khu vực địa lý nóng ẩm, nơi DNA được bảo tồn kém. Điều này hạn chế khả năng tìm hiểu của chúng ta về tổ tiên xa xưa và các loài họ hàng từ DNA của họ.

DNA từ người Neanderthal, họ hàng gần nhất đã tuyệt chủng của loài người, được chiết xuất vào năm 1997 từ một người Neanderthal 40.000 năm tuổi được phát hiện vào năm 1856 trong hang động Kleine Feldhofer ở Đức. Trong khi đó, DNA lâu đời nhất thế giới từ một họ hàng của con người đến từ Sima de los Huesos ("Hố Xương") trong một hang động ngầm ở dãy núi Atapuerca của Tây Ban Nha. Năm 2022, các nhà nghiên cứu đã giải trình tự DNA từ xương đùi của một người họ hàng sống cách đây 400.000 năm, cho thấy nhóm người này có thể đã tạo ra cả người Neanderthal và người Denisova.

Bằng chứng DNA cổ đại từ Châu Phi, nơi con người đã tiến hóa qua hàng triệu năm, hiện còn rất ít. Do các vấn đề bảo tồn tự nhiên, DNA cổ nhất từ ​​Châu Phi cận Sahara chỉ có niên đại 20.000 năm và thuộc về người Homo sapiens hiện đại. Cùng với thời gian bán hủy được dự đoán của DNA, điều này có nghĩa là các nhà khoa học bị hạn chế trong việc nghiên cứu di truyền học của tổ tiên loài người xa xưa nhất.

Mặc dù 2,4 triệu năm là kỷ lục hiện tại về DNA có ý nghĩa lâu đời nhất được giải trình tự nhưng những DNA cũ hơn vẫn có thể được tìm thấy trong tương lai, có thể là dưới các tảng băng Nam Cực.